SNS柔性防护系统仿真技术在边坡灾害防治中的应用

2017-07-20陈良锐周

四川水泥 2017年6期

关键词：落石防护网被动

陈良锐周宇

（1重庆交通大学土木工程学院重庆 400074 2招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆 400067）

SNS柔性防护系统仿真技术在边坡灾害防治中的应用

陈良锐1周宇2

（1重庆交通大学土木工程学院重庆 400074 2招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆 400067）

文章主要介绍了SNS柔性防护系统（Safety Net System）的概念、类型及在边坡灾害中所起到的作用；结合ABAQUS/CAE仿真分析介绍了SOP的整个操作流程，阐述了柔性防护系统在边坡防护标准化设计、对地形具有良好的适应性和安全可靠性等方面的技术优势。

SNS柔性防护系统；边坡灾害；防治方法；ABAQUS/CAE；模拟仿真

1 引言

我国是一个南部多山的国家，这样的性质也就决定了我们国家山区边坡泥石流、滑坡、风化剥落等地质灾害无法避免。而这些发生灾害的地方很多都是在我们的公路网或者是铁路网线当中，这些网线一般都会存在着边坡的开挖和填方，而这就是那些薄弱面存在的地方，也是易于发生灾害的地方。长期以来我国在地质灾害处理效果上不是很理想，特别是在防治技术上还比较落后。SNS柔性防护系统（Safety Net System）是1956年瑞士布鲁克集团研制开发并应用各类工程的防护技术。在进入20世纪80年代之后，柔性防护系统在技术上慢慢趋于成熟和完善，形成了一种地质灾害防治工程领域内成熟的柔性防护新技术。该技术从1995年引进中国之后在中国的公路、铁路、市政、水利等各个领域得到了广泛的应用，在大量的工程上得到了很好的实践效果，这使SNS柔性防护系统在中国得到了很好的发展，同时也在发展的过程中根据中国的国情在不断地自我完善。在这个完善过程中，仿真技术的引入使得边坡灾害分析更加具有实际的应用效果和推广，也使得一些比较难以取得的成果得到了模拟和验证。

2 SNS柔性防护系统概况

2.1 SNS柔性防护系统类型

对于边坡的灾害发生，SNS柔性防护系统需要得到相应的选择才能发挥出它的功效。而对于边坡地质灾害的发生，我们主要是通过主动防护系统的防止灾害发生和被动防护系统的避免灾害造成的不良结果。柔性防护系统主要分类为主动防护系统和被动防护系统两大类。主动防护系统主要是将钢丝网和相应的设施设计在边坡较为薄弱或者容易发生垮塌的地方，用于加固和稳定边坡的危岩地区，防止边坡地区的岩石因为风化作用或地质结构改变而引起下落；被动防护系统就是指在边坡用钢丝绳网和立柱的结构方式，形成栅栏防止边坡上的落石和碎屑落下，保护钢丝绳网后方的建筑和通行。

2.2 SNS主动柔性防护系统

主动防护系统通过用钢丝绳网的方式对边坡的岩石和风化地区形成包裹的方式，让边坡的危岩得到相应的稳定和保护。主动柔性防护系统对于崩塌比较严重的地区或者是边坡较陡峭的地区十分有效果，同时相比于被动柔性防护系统而言的清理工作也十分好做易于集中处理。两者在一些工程环境下如果搭配使用会得到更加高效和经济的结果。在主动柔性防护系统中防护网的设计尺寸十分重要，既要保证覆盖在防护网下的风化碎石不会掉落，也要保护破面的整体稳定性，所以对于主动防护系统的钢筋网布置需要具体情况具体分析。

2.3 SNS被动柔性防护系统

SNS被动柔性防护系统在我国已经得到了很广泛的应用，其中RX-050型被动柔性防护系统在我国西南片区得到了很好的推广。被动柔性防护系统主要是以落石的冲击动能作为主要的设计参数，通过一定的仿真软件模拟和冲击动荷载的加入得到相应的防护能级。通过设计出来的不同崩塌情况和形式相应制定出不同的标准，如：RX型、AX型和CAN型。防护的能级主要是在40kJ到2350kJ，并且对需要更高强能级的防护可以进行特设设计设防。SNS被动柔性防护系统在野外也因为其基础形式结构简单而很便于安装,对各种复杂边坡地形具有十分强的适应能力。

在仿真模拟当中RX-050型被动柔性防护系统是做为常用的分析对象，通过对RX-050型进行三维有限元仿真模拟来得到工程当中所需要的计算和验证，RX-050型被动柔性防护网构成如下表1所示。

表1 RX-050型被动柔性防护网构成

3 边坡灾害仿真研究分析

边坡灾害的研究离不开仿真软件的辅助设计，而仿真软件也是在边坡灾害防护中需要的模拟工具。通过仿真软件的交互式图形界面，能够便捷快速的创建或导出分析模型几何体，并切割成便于网格划分的区域块，生成精确的单元和结点用于进行模拟分析。常用软件中ABAQUS/CAE（Complete Abaqus Environment）的整个SOP（Standard Operation Procedure）过程如下图1所示，通过前处理、求解计算和后处理得到相应的仿真计算结果。

图1 ABAQUS/CAE标准操作流程

对于上述SOP过程的操作能够创建完整的有限元模型，比如定义材料性能并赋予到相应的部件上，加载边界条件及相应的荷载情况等，同时能够对分析的边坡模型进行加以检测和观察。在不影响边坡数据结果精度的前提下对模型做适当的简化，忽略哪些不重要的细节，特别是在网格划分的过程中不统一进行划分，而是重点分析区域重点划分，不重要的区域可以考虑适当的放宽划分条件，从而合理的分配整个边坡模型的计算资源。在提交边坡情况的分析任务之后要及时监视并控制整个分析的过程。

5 结语

SNS柔性防护系统是国外在边坡防护工程中用于保护而不断发展起来的防护设施，在我国也不断地在推广和发展。SNS柔性防护系统具有施工简便、适应性强、占用地少、十分美观耐用等钢筋混凝土等防护工程所不能相比的优势。SNS柔性防护系统在公路网、铁路网边坡工程中具有广阔的使用前景，对沿线的边坡灾害处理具有十分重要的作用。

在边坡工程实际的有限元分析中，更多的将仿真技术分析与工程全寿命周期相结合是发展的趋势，这样才能让边坡在修建的整个过程中得到很好地观测和检查，对可能出现的问题和情况提前进行优化（Optimization），保证边坡的安全的前提也能够得到经济技术的控制。根据不同的边坡工程，通过仿真模拟分析得到更加具有针对性的灾害防治是SNS柔性防护系统在路网灾害防治中的发展和前进的方向。

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