陳良銳周 宇

（1重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074 2招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司 重慶 400067）

SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)仿真技術(shù) 在邊坡災(zāi)害防治中的應(yīng)用

陳良銳1周 宇2

（1重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院 重慶 400074 2招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司 重慶 400067）

文章主要介紹了SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)（Safety Net System）的概念、類(lèi)型及在邊坡災(zāi)害中所起到的作用；結(jié)合ABAQUS/CAE仿真分析介紹了SOP的整個(gè)操作流程，闡述了柔性防護(hù)系統(tǒng)在邊坡防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、對(duì)地形具有良好的適應(yīng)性和安全可靠性等方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)；邊坡災(zāi)害；防治方法；ABAQUS/CAE；模擬仿真

1 引言

我國(guó)是一個(gè)南部多山的國(guó)家，這樣的性質(zhì)也就決定了我們國(guó)家山區(qū)邊坡泥石流、滑坡、風(fēng)化剝落等地質(zhì)災(zāi)害無(wú)法避免。而這些發(fā)生災(zāi)害的地方很多都是在我們的公路網(wǎng)或者是鐵路網(wǎng)線當(dāng)中，這些網(wǎng)線一般都會(huì)存在著邊坡的開(kāi)挖和填方，而這就是那些薄弱面存在的地方，也是易于發(fā)生災(zāi)害的地方。長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)在地質(zhì)災(zāi)害處理效果上不是很理想，特別是在防治技術(shù)上還比較落后。SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)（Safety Net System）是1956年瑞士布魯克集團(tuán)研制開(kāi)發(fā)并應(yīng)用各類(lèi)工程的防護(hù)技術(shù)。在進(jìn)入20世紀(jì)80年代之后，柔性防護(hù)系統(tǒng)在技術(shù)上慢慢趨于成熟和完善，形成了一種地質(zhì)災(zāi)害防治工程領(lǐng)域內(nèi)成熟的柔性防護(hù)新技術(shù)。該技術(shù)從1995年引進(jìn)中國(guó)之后在中國(guó)的公路、鐵路、市政、水利等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在大量的工程上得到了很好的實(shí)踐效果，這使SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)在中國(guó)得到了很好的發(fā)展，同時(shí)也在發(fā)展的過(guò)程中根據(jù)中國(guó)的國(guó)情在不斷地自我完善。在這個(gè)完善過(guò)程中，仿真技術(shù)的引入使得邊坡災(zāi)害分析更加具有實(shí)際的應(yīng)用效果和推廣，也使得一些比較難以取得的成果得到了模擬和驗(yàn)證。

2 SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)概況

2.1 SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)類(lèi)型

對(duì)于邊坡的災(zāi)害發(fā)生，SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)需要得到相應(yīng)的選擇才能發(fā)揮出它的功效。而對(duì)于邊坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，我們主要是通過(guò)主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的防止災(zāi)害發(fā)生和被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的避免災(zāi)害造成的不良結(jié)果。柔性防護(hù)系統(tǒng)主要分類(lèi)為主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)和被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)兩大類(lèi)。主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)主要是將鋼絲網(wǎng)和相應(yīng)的設(shè)施設(shè)計(jì)在邊坡較為薄弱或者容易發(fā)生垮塌的地方，用于加固和穩(wěn)定邊坡的危巖地區(qū)，防止邊坡地區(qū)的巖石因?yàn)轱L(fēng)化作用或地質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而引起下落；被動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)就是指在邊坡用鋼絲繩網(wǎng)和立柱的結(jié)構(gòu)方式，形成柵欄防止邊坡上的落石和碎屑落下，保護(hù)鋼絲繩網(wǎng)后方的建筑和通行。

2.2 SNS主動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)

主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)通過(guò)用鋼絲繩網(wǎng)的方式對(duì)邊坡的巖石和風(fēng)化地區(qū)形成包裹的方式，讓邊坡的危巖得到相應(yīng)的穩(wěn)定和保護(hù)。主動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)對(duì)于崩塌比較嚴(yán)重的地區(qū)或者是邊坡較陡峭的地區(qū)十分有效果，同時(shí)相比于被動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)而言的清理工作也十分好做易于集中處理。兩者在一些工程環(huán)境下如果搭配使用會(huì)得到更加高效和經(jīng)濟(jì)的結(jié)果。在主動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)中防護(hù)網(wǎng)的設(shè)計(jì)尺寸十分重要，既要保證覆蓋在防護(hù)網(wǎng)下的風(fēng)化碎石不會(huì)掉落，也要保護(hù)破面的整體穩(wěn)定性，所以對(duì)于主動(dòng)防護(hù)系統(tǒng)的鋼筋網(wǎng)布置需要具體情況具體分析。

2.3 SNS被動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)

SNS被動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)在我國(guó)已經(jīng)得到了很廣泛的應(yīng)用，其中RX-050型被動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)在我國(guó)西南片區(qū)得到了很好的推廣。被動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)主要是以落石的沖擊動(dòng)能作為主要的設(shè)計(jì)參數(shù)，通過(guò)一定的仿真軟件模擬和沖擊動(dòng)荷載的加入得到相應(yīng)的防護(hù)能級(jí)。通過(guò)設(shè)計(jì)出來(lái)的不同崩塌情況和形式相應(yīng)制定出不同的標(biāo)準(zhǔn)，如：RX型、AX型和CAN型。防護(hù)的能級(jí)主要是在40kJ到2350kJ，并且對(duì)需要更高強(qiáng)能級(jí)的防護(hù)可以進(jìn)行特設(shè)設(shè)計(jì)設(shè)防。SNS被動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)在野外也因?yàn)槠浠A(chǔ)形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而很便于安裝,對(duì)各種復(fù)雜邊坡地形具有十分強(qiáng)的適應(yīng)能力。

在仿真模擬當(dāng)中RX-050型被動(dòng)柔性防護(hù)系統(tǒng)是做為常用的分析對(duì)象，通過(guò)對(duì)RX-050型進(jìn)行三維有限元仿真模擬來(lái)得到工程當(dāng)中所需要的計(jì)算和驗(yàn)證，RX-050型被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)構(gòu)成如下表1所示。

表1 RX-050型被動(dòng)柔性防護(hù)網(wǎng)構(gòu)成

3 邊坡災(zāi)害仿真研究分析

邊坡災(zāi)害的研究離不開(kāi)仿真軟件的輔助設(shè)計(jì)，而仿真軟件也是在邊坡災(zāi)害防護(hù)中需要的模擬工具。通過(guò)仿真軟件的交互式圖形界面，能夠便捷快速的創(chuàng)建或?qū)С龇治瞿Ｐ蛶缀误w，并切割成便于網(wǎng)格劃分的區(qū)域塊，生成精確的單元和結(jié)點(diǎn)用于進(jìn)行模擬分析。常用軟件中ABAQUS/CAE（Complete Abaqus Environment）的整個(gè)SOP（Standard Operation Procedure）過(guò)程如下圖1所示，通過(guò)前處理、求解計(jì)算和后處理得到相應(yīng)的仿真計(jì)算結(jié)果。

圖1 ABAQUS/CAE標(biāo)準(zhǔn)操作流程

對(duì)于上述SOP過(guò)程的操作能夠創(chuàng)建完整的有限元模型，比如定義材料性能并賦予到相應(yīng)的部件上，加載邊界條件及相應(yīng)的荷載情況等，同時(shí)能夠?qū)Ψ治龅倪吰履Ｐ瓦M(jìn)行加以檢測(cè)和觀察。在不影響邊坡數(shù)據(jù)結(jié)果精度的前提下對(duì)模型做適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，忽略哪些不重要的細(xì)節(jié)，特別是在網(wǎng)格劃分的過(guò)程中不統(tǒng)一進(jìn)行劃分，而是重點(diǎn)分析區(qū)域重點(diǎn)劃分，不重要的區(qū)域可以考慮適當(dāng)?shù)姆艑拕澐謼l件，從而合理的分配整個(gè)邊坡模型的計(jì)算資源。在提交邊坡情況的分析任務(wù)之后要及時(shí)監(jiān)視并控制整個(gè)分析的過(guò)程。

5 結(jié)語(yǔ)

SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)是國(guó)外在邊坡防護(hù)工程中用于保護(hù)而不斷發(fā)展起來(lái)的防護(hù)設(shè)施，在我國(guó)也不斷地在推廣和發(fā)展。SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)具有施工簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)、占用地少、十分美觀耐用等鋼筋混凝土等防護(hù)工程所不能相比的優(yōu)勢(shì)。SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)在公路網(wǎng)、鐵路網(wǎng)邊坡工程中具有廣闊的使用前景，對(duì)沿線的邊坡災(zāi)害處理具有十分重要的作用。

在邊坡工程實(shí)際的有限元分析中，更多的將仿真技術(shù)分析與工程全壽命周期相結(jié)合是發(fā)展的趨勢(shì)，這樣才能讓邊坡在修建的整個(gè)過(guò)程中得到很好地觀測(cè)和檢查，對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題和情況提前進(jìn)行優(yōu)化（Optimization），保證邊坡的安全的前提也能夠得到經(jīng)濟(jì)技術(shù)的控制。根據(jù)不同的邊坡工程，通過(guò)仿真模擬分析得到更加具有針對(duì)性的災(zāi)害防治是SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)在路網(wǎng)災(zāi)害防治中的發(fā)展和前進(jìn)的方向。

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Published Online****** 2009 in SciRes (www.SciRP.org/journal/jssm)

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向恒非（1988-6月-22日），民族：漢，性別：男，籍貫：四川省成都市，工作單位：四川成德綿高速公路開(kāi)發(fā)有限公司，學(xué)歷：本科，職稱(chēng)：助理工程師，研究方向：高速公路養(yǎng)護(hù)