La rigidité normale aux chocs d'un débris

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 3969 (2023) Citer cet article

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Cet article propose une rigidité au choc orientée normale d'une barrière flexible à câble à trois supports sous une faible contrainte de prétension pour estimer le comportement de la charge structurelle, et utilise deux catégories de coulées de débris à petite échelle (grossières et fines) pour explorer l'évolution de la rigidité à travers des effets physiques. modéliser des expériences avec la photographie à grande vitesse et la détection de charge. Les résultats suggèrent que le contact particule-structure est essentiel à l'effet de charge normal. Les coulées de débris grossiers effectuent des contacts particules-structures plus fréquents et exercent un flux de quantité de mouvement évident, tandis que les coulées de débris fins avec peu de collisions physiques en provoquent un beaucoup plus petit. Le câble situé au milieu qui reçoit uniquement la force de traction du système de joint câble-réseau vertical équivalent présente un comportement de charge indirecte. Le câble situé en bas présente un retour de charge élevé en raison de la somme du contact direct des coulées de débris et des forces de traction. La relation entre les charges d'impact et les déflexions maximales du câble peut être expliquée par des fonctions de puissance selon la théorie quasi-statique. La rigidité aux chocs n'est pas seulement affectée par le contact particule-structure, mais aussi par l'inertie de l'écoulement et l'effet de collision des particules. Le nombre sauvage Nsav et le nombre Bagnold Nbag parviennent à décrire les effets dynamiques sur la rigidité normale Di. Les expériences indiquent que Nsav a une corrélation linéaire positive avec la non-dimensionnement de Di, tandis que Nbag a une corrélation de puissance positive avec la non-dimensionnement de Di. Cette idée constitue une portée alternative pour l'étude de l'interaction écoulement-structure et peut contribuer à l'identification des paramètres dans la simulation numérique de l'interaction coulée de débris-structure et à l'optimisation de la standardisation de la conception.

La fréquence des glissements de terrain ou des coulées de débris est élevée dans les zones montagneuses du sud-ouest de la Chine en raison de passages abrupts, de pluies abondantes et de sources de fragments solides1. En raison de la recrudescence des pluies torrentielles extrêmes dans le monde ces dernières années, certaines zones de glissements de terrain à faible fréquence se sont transformées en zones à forte fréquence, et l'ampleur des risques augmente, ce qui est difficile à estimer avec précision et entraîne des menaces considérables pour les résidents et les infrastructures à proximité. ainsi que les difficultés liées à la conception de mesures de prévention et de contrôle.

La barrière flexible est une mesure valable pour retenir les coulées de débris à petite échelle. Sa structure globale légère et ouverte réduit l’impact de l’environnement naturel et rend la construction rapide et économique. Par conséquent, il répond aux exigences du traitement multipoint des ravins de laves torrentielles dans les zones montagneuses du sud-ouest de la Chine et présente des perspectives prometteuses2,3,4,5. Cependant, la réponse structurelle sous l’impact d’une coulée de débris continue de progresser en raison de la non-linéarité géométrique complexe de la barrière flexible6,7,8. Actuellement, la rigidité d’une barrière flexible contre les coulées de débris n’est pas claire, et la conception conventionnelle de la structure en Chine repose principalement sur un modèle conservateur de dissipation d’énergie. En pratique, le composant grillagé de la structure peut être brisé avant la rupture des câbles de support ou des ancrages9,10,11, indiquant un écart entre la théorie de la conception structurelle et la fonction d'ingénierie réelle. Il est théoriquement reconnu que la contrainte de cisaillement interne et le moment de flexion de la structure du réseau de câbles peuvent être ignorés en raison de la remarquable caractéristique de tension. L'impact de la lave torrentielle est dispersé et transmis par la tension de la structure câble-réseau, c'est pourquoi les recherches sur la rigidité structurelle des barrières flexibles se concentrent sur la force de traction et la déformation. Ashwood12 utilise la rigidité axiale d'un câble comme paramètre clé basé sur la relation linéaire entre la charge et la flèche pour quantifier l'interaction écoulement-structure. Les gros rochers ou les particules grossières ont tendance à s'accumuler dans la tête d'une coulée de débris, et la répartition des charges de la structure sous poussée à grande vitesse est transitoire. La rigidité dans la direction de la poussée devrait donc constituer un autre facteur de stabilité mécanique. Les connaissances pertinentes sur la répartition des charges structurelles sont principalement résolues par une méthode quasi-statique qui décompose l'impact des coulées de débris en charge dynamique et charge statique de pression des terres, mais la section transversale de la structure est définie comme une poutre en porte-à-faux, ignorant l'impact de la poussée. -direction déformation13. La rigidité normale perpendiculaire à la face tendue d'une barrière flexible tend à démontrer la résistance au cisaillement du système câble-réseau lors d'impacts instantanés. Ng et al.14,15 ont déjà intégré le comportement charge-déplacement du câble porteur dans l'analyse de rigidité normale. Song et al.16 ont étudié la rigidité normale maximale du câble de support sous charge distribuée et concentrée en ajoutant le nombre de Froude de la coulée de débris Fr et ont trouvé une rigidité normale maximale plus grande sous charge distribuée. Une étude de suivi a discuté du régime d'écoulement et de la compressibilité des écoulements granulaires secs rencontrant une barrière flexible en profondeur, indiquant que la déflexion de la barrière flexible et l'état du matériau granulaire contribuent tous deux à la variation de la charge d'impact17. De plus, les câbles d'arrêt d'un porte-avions sont identifiés comme une structure présentant une rigidité en traction et en flexion, et le mode de développement de contrainte tangentielle qui est normal au câble pendant le processus d'arrêt souligne la nécessité d'une analyse des contraintes tangentielles de la structure du câble sous des conditions élevées. -vitesse d'impact18.