本实用新型专利技术涉及泥石流安全防护领域，具体公开了一种通用模块化泥石流冲击防护装置。本实用新型专利技术装置从外到内依次由复合陶瓷板、吸水缓冲层和纤维复合板基座组成，吸水缓冲层内设置吸水海绵和弹簧结构，能使泥石流中的水以一定流动阻力进入和排除本防护装置，从而分解了泥石流中流体对被防护结构的流体作用力，并能根据被防护结构形状和大小进行模块化组合拼接，通用性更强。
【技术实现步骤摘要】
一种通用模块化泥石流冲击防护装置
本技术涉及泥石流安全防护领域，具体涉及一种通用模块化泥石流冲击防护装置。
技术介绍
泥石流为一种能量大、破坏力极强自然灾害，其对常见工程固态构件的冲击力在时频域上可以分为两个基本组成部分：一是泥石流浆体的流体作用力，主要包含了静压力、动压力、粘滞力，特征是冲击作用频率为低频域，表现出较强的流体持续作用的性质；二是泥石流中石块相对运动产生的撞击力，表现在高频域，作用力变化幅度大，随机性较高，对构件一般产生较大正压力和摩擦力，为构件发生破坏主要作用力。并且泥石流的流体持续作用力与粗颗粒的随机冲击力考验着泥石流冲击构筑物动力稳定性，只有根据泥石流的动力特征，充分缓冲和吸收能量才能够较好的保护构筑物的安全。专利CN207739228U公开了一种新型带弹簧支撑泥石流防护挡墙，通过对传统防护挡墙改进，采用内管、弹簧、外套管组成的新型支撑相较于传统支撑，可以更有效的拦挡泥石流，柔性的结构使得挡墙承受更少动力冲击，具有可靠的稳定性。其未就泥石流对工程固态构件的冲击力进行充分的研究和完全的应对，没有考虑到泥石流中泥水对缓冲装置的流体作用力，以及其它复合作用力对防护墙或装置的影响。且主要是通过弹簧减小冲击力大小，并未吸收和转化动能。且挡土墙工程量大，成本高，占用较大空间，不能直接应用在被防护结构上。综上，亟需一种利用泥石流冲击力的时频特征，用以化解泥石流中的流体作用力和石块撞击力并且能模块化通用性强的防护装置。
技术实现思路
本技术为了解决上述问题，提供了一种通用模块化泥石流冲击防护装置，该防护装置的吸水缓冲层内设置吸水海绵和弹簧结构，能使泥石流中的水以一定流动阻力进入和排除本防护装置，从而分解了泥石流中流体对被防护结构的流体作用力，具体技术方案如下：一种通用模块化泥石流冲击防护装置，从外到内依次由复合陶瓷板、吸水缓冲层和纤维复合板基座粘合连接构成，所述复合陶瓷板内部有格子筋；所述吸水缓冲层包括过滤层、海绵吸水层和弹簧，所述过滤层包裹海绵吸水层和弹簧，所述弹簧两端分别固定于所述过滤层内侧和所述纤维复合板基座上；所述纤维复合板基座与被防护结构连接。进一步地，所述复合陶瓷板的陶瓷层为氧化铝陶瓷，所述格子筋为碳纤维增强聚合物材料。进一步地，所述吸水缓冲层中的过滤层为土工布。进一步地，所述吸水缓冲层中的过滤层外表面设有固定绳线。具体的，所述固定绳线以十字交叉的形式固定所述吸水缓冲层。进一步地，所述纤维复合板基座底部设有凸起的肋条。具体的，所述纤维复合板基座上的肋条通过粘合或螺栓或卡扣方式与被防护结构连接。纤维复合板基座上凸起肋条的涉及，使得安装后的纤维复合板基座与被防护结构之间具有一定的悬空，纤维复合板基座3可发生一定的弯曲变形，可最终用来防护构筑物，减少安装和使用对构筑物的改变和损害。进一步地，所述纤维复合板基座为木纤维或竹纤维或碳纤维复合板基座。进一步地，所述通用模块化泥石流冲击防护装置为曲面形状或平面板状结构。进一步地，所述通用模块化泥石流冲击防护装置之间可任意组合拼接。本技术的有益之处在于：(1)本防护装置针对泥石流对固体结构物冲击力的时频特征进行设计，对于泥石流中浆体和相对较小粒径石块的冲击力，主要通过该装置中的吸水缓冲层进行缓冲吸收动能。对于泥石流中的动能较大的石块，主要通过该装置的复合陶瓷板的碎裂和纤维增强聚合物材料的格子筋的塑性变形将石块的冲击动能转换为表面能和内能。(2)纤维增强聚合物材料的格子筋预制到氧化铝陶瓷板中，能够调控复合陶瓷板在大型石块冲击力作用下的碎裂形态和变形过程，使得裂纹面丰富而集中于局部，从而使得表面能能够较大的发挥作用。(3)吸水缓冲层受力-形变表现为粘弹性，原则上接近Kelvin模型，与变形速度相关的粘滞力是借助泥石流中水实现的，当泥石流冲击到防护装置时，装置产生变形，吸水缓冲层可以过滤出泥石流中的水，吸收到装置中，在动态的挤压和回弹变形下，水往复吸入和流出吸水缓冲层，通过控制缓冲层流体阻力可以实现不同的粘滞系数。(4)弹簧安装两端分别固定于过滤层内侧和纤维复合板基座上，相较仅固定于过滤层内侧两端更为牢固，使用过程中弹簧不易松落，保持受力点及受力方向，并且使用寿命也较长。附图说明图1为本技术的对抗泥石流冲击的防护装置结构示意图。图2为本技术的对抗泥石流冲击的防护装置原理示意图。图3为本技术的对抗泥石流冲击的防护装置中复合陶瓷板结构示意图。图4为本技术的对抗泥石流冲击的防护装置中吸水缓冲层结构示意图。图5为本技术的对抗泥石流冲击的防护装置粘接固定使用图。图中，1—复合陶瓷板,2—吸水缓冲层，3—纤维复合板基座，11—陶瓷层，12—格子筋，21-过滤层，22—海绵吸水层，23—弹簧，211-绳线，31-肋条。具体实施方式下面通过实施例和附图，对本技术进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术，本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本技术的结构思路、使用范围下可以对本技术技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本技术的保护范围内。具体实施例如图1所示的一种对抗泥石流冲击的防护装置，整体为复合材料所制而成板状结构，按照工作状态下所处的状态，最外层为复合陶瓷板1，然后为吸水缓冲层2，最内层为纤维复合板基座3，三者之间通过粘结相互连接，纤维复合板基座3与被防护的结构连接。如图3所示的复合陶瓷板：复合陶瓷板1中间夹层内预制进了纤维增强材料(FRP)网格的Al2O3陶瓷层11，整体具有极高的强度和硬度，相对氧化铝陶瓷材料，FRP格子筋12具有较高的抗拉强度和一定塑性，可以改善陶瓷材料的受力和形变性质。作为直接和泥石流发生作用的构件，起到保护内层结构，传递浆体动压力的作用。且当有较大动能的石块撞击时，复合陶瓷板1在撞击处发生陶瓷材料脆裂变形和碳纤维增强树脂网格的塑性变形，此碎裂过程中的表面活性能与塑性变形能吸收大部分撞击动能，从而降低较大动能石块对被保护构筑物的冲击力。其形变-受力可概化为如图2所示的表面能元件SE和摩擦元件f。FRP材质的格子筋12预制到氧化铝陶瓷层11中，能够调控复合陶瓷板1在大型石块冲击力作用下的碎裂形态和变形过程，使得裂纹面丰富而集中于局部，从而使得表面能能够较大的发挥作用。当具有较大动能的石块撞击复合陶瓷板1时，在撞击点附近陶瓷板发生破裂，此时的FRP格子筋12可以传导和吸收冲击力使得碎裂范围不至于太大或太小，并且在可控范围内产生丰富的裂纹，将动能转化为表面能。另外，陶瓷碎片可以粘附于FRP格子筋上，防止碎片对其他构件造成损坏。陶瓷板碎裂过程吸收撞击石块的动能转化为裂纹表面能和FRP格子筋12的塑性变形能。如图4所示的吸水缓冲层：该层包括了过滤层21、海绵吸水层22和弹簧23，该吸水缓冲层本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种通用模块化泥石流冲击防护装置，从外到内依次由复合陶瓷板(1)、吸水缓冲层(2)和纤维复合板基座(3)粘合连接构成，其特征在于，所述复合陶瓷板(1)内部有格子筋(12)；所述吸水缓冲层(2)包括过滤层(21)、海绵吸水层(22)和弹簧(23)，所述过滤层(21)包裹海绵吸水层(22)和弹簧(23)，所述弹簧(23)两端分别固定于所述过滤层(21)内侧和所述纤维复合板基座(3)上；所述纤维复合板基座(3)与被防护结构连接。/n
【技术特征摘要】
1.一种通用模块化泥石流冲击防护装置，从外到内依次由复合陶瓷板(1)、吸水缓冲层(2)和纤维复合板基座(3)粘合连接构成，其特征在于，所述复合陶瓷板(1)内部有格子筋(12)；所述吸水缓冲层(2)包括过滤层(21)、海绵吸水层(22)和弹簧(23)，所述过滤层(21)包裹海绵吸水层(22)和弹簧(23)，所述弹簧(23)两端分别固定于所述过滤层(21)内侧和所述纤维复合板基座(3)上；所述纤维复合板基座(3)与被防护结构连接。
2.根据权利要求1所述的通用模块化泥石流冲击防护装置，其特征在于，所述复合陶瓷板(1)的陶瓷层(11)为氧化铝陶瓷，所述格子筋(12)为碳纤维增强聚合物材料。
3.根据权利要求1所述的通用模块化泥石流冲击防护装置，其特征在于，所述吸水缓冲层(2)中的过滤层(21)为土工布。
4.根据权利要求1所述的通用模块化泥石流冲击防护装置，其特征在于，所述吸水缓冲层(2)中的过滤层(21)外表面设有固定绳线(211)。...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷雨，刘传正，崔鹏，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51
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