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泥石流暴发时巨大的冲刷作用使铁路桥墩失稳,淤积造成桥梁净空丧失,发生泥石流漫流,造成铁路的中断与损毁。通过研究泥石流爆发时对桥墩和沿沟道的冲刷深度和淤积厚度来确定其危害性,并采取有效的防治措施,对于保护铁路桥梁、车辆、旅客安全都有重大意义。本文选取了拟建成兰铁路沿线的太平沟泥石流(以冲为主,局部淤积)、松潘川主寺段兰兰王沟泥石流(以淤积为主,局部冲刷)和甘肃省境内腊子口巴藏沟泥石流(以淤积为主)作为典型代表进行分析研究。得出如下结论:
1)该地区的冲刷系数与一般泥石流桥墩处的公式相比存在一个增大系数,增大系数约为2,添加该系数后计算出的桥墩处冲刷深度与一般公式得到的深度基本吻合。
2)通过采用流体力学计算方法将沟道中大颗粒物质纳入摩阻流速,而将细小颗粒物质作为引起冲刷推移质的计算方法,与通用的桥梁冲刷计算的包尔达可夫公式结果比较,其冲刷深度偏小,而将包尔达可夫公式的增大系数添加到该冲刷结果中,其结果与包尔达可夫公式计算出的冲刷深度相近,该计算方法具有一定的合理性。
3)通过泥石流的体积浓度来计算泥石流的淤积厚度公式具有一定的简便性和通用型,可通过野外泥石流样品,选取类比工程,得到泥石流极限屈服应力系数k、r的取值,来计算泥石流的淤积厚度。
4)利用泥石流堆积体模型函数及形态指数可定量分析堆积体的形态特征,取得了泥石流的形态特征曲线T(X)和分布积分W,太平沟w为0.934,兰兰王沟w为0.94,巴藏沟w为0.75,其中巴藏沟外倾较大,其余两条沟较为平缓。
5)通过Fluent数值模拟可以得到速度、压力在泥石流运动中各位置的分布情况。研究发现速度在桥墩两旁的位置与入口速度相比经过桥墩的绕流后速度几乎扩大了2倍,在流体流经桥墩与桥墩相撞击后动压迅速下降,桥墩前和桥墩后的动压都相对较小,泥石流比较容易发生淤积,而在两侧面与速度分析一致,动压较大,比较容易发生沟床物质的起动引起冲刷,模拟结果与实际观测较为接近。