Numerical study of debris flows around bridge piers

• Autorzy: Thai Thi Kim Chi

Identyfikatory

DOI

10.7409/rabdim.022.019

Warianty tytułu

Badanie numeryczne spływów rumoszowych wokół filarów mostu

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Landslide is a natural hazard that has crucial direct impact on the socio-economic system. Among various types of landslides, debris flows are a major threat to transportation structures such as bridges in mountainous areas. Vulnerability analysis of bridges that are exposed to debris flows is an important part of risk assessment and management. In the presented study, the characteristics of debris flows around bridge piers are investigated numerically for different boundary conditions using ANSYS FLUENT software. The non-Newtonian power-law model was used to model the debris flow. Drag coefficient was also determined to quantify the vulnerability of bridge piers to debris flows with different velocities and Reynolds numbers.

PL

Osuwiska stanowią naturalne zagrożenie mające bezpośredni wpływ na środowisko, warunki społeczne i ekonomiczne. Spośród różnych typów osuwisk, spływy rumoszowe stanowią poważne zagrożenie dla konstrukcji drogowych, takich jak mosty w terenach górzystych. Analiza podatności mostów na uszkodzenia spowodowane spływem rumoszowym jest ważnym elementem oceny ryzyka i zarządzania nimi. W niniejszej pracy zbadano charakterystyki spływów rumoszowych w bezpośrednim sąsiedztwie filarów mostu, wykorzystując symulacje numeryczne, dla różnych warunków brzegowych, przy zastosowaniu oprogramowania ANSYS FLUENT. Do modelowania spływu rumoszowego użyto potęgowego modelu reologicznego cieczy nienewtonowskiej. W celu oceny ilościowej odporności filarów mostu na spływy rumoszowe charakteryzujące się różnymi prędkościami i liczbami Reynoldsa, w artykule wyznaczono także współczynnik oporu przepływu osuwiska rumoszowego.

Słowa kluczowe

EN

bridge pier; debris flow; drag coefficient; landslide; non-Newtonian fluid; vulnerability

PL

ciecz nienewtonowska; filary mostu; osuwisko; podatność na uszkodzenia; spływy rumoszowe; współczynnik oporu

• Wydawca: Instytut Badawczy Dróg i Mostów
• Czasopismo: Roads and Bridges - Drogi i Mosty
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 21, no. 4
• Strony: 331--342
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Thai Thi Kim Chi

• University of Transport and Communications, Faculty of Civil Engineering, Department of Urban Transport and Marine-Coastal Engineering, 3 Cau Giay Str., Lang Thuong ward, Dong Da District, Hanoi, Vietnam

• https://orcid.org/0000-0002-9166-2258

Bibliografia

• 1. Zillman J.: The physical impact of the disaster, in: Ingleton J. (ed.), Natural disaster management, Tudor Rose, Leicester, 1999
• 2. Varnes D.J.: Slope movement types and processes, in: Landslides: analysis and control, Transportation Research Board Special Report, 176, 1978, 11-33
• 3. Hungr O., Evans S.G., Bovis M., Hutchinson J.N.: Review of the classification of landslides of the flow type. Environmental & Engineering Geoscience, 7, 3, 2001, 221-238, DOI: 10.2113/gseegeosci.7.3.221
• 4. Cui P., Zeng C., Lei Y.: Experimental analysis on the impact force of viscous debris flow. Earth Surface Processes and Landforms, 40, 12, 2015, 1644-1655, DOI: 10.1002/esp.3744
• 5. AASHTO Standard Specifications for Highway Bridges, American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, 2002
• 6. Zanchetta G., Sulpizio R., Pareschi M.T., Leoni F.M., Santacroce R.: Characteristics of May 5-6, 1998 volcaniclastic debris flows in the Sarno area (Campania, southern Italy): Relationships to structural damage and hazard zonation. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 133, 1-4, 2004, 377-393, DOI: 10.1016/S0377-0273(03)00409-8
• 7. Hu K., Wei F., Li Y.: Real-time measurement and preliminary analysis of debris-flow impact force at Jiangjia Ravine, China. Earth Surface Processes and Landforms, 36, 9, 2011, 1268-1278, DOI: 10.1002/esp.2155
• 8. Takahashi T.: Debris flow. Annual Review of Fluid Mechanics, 13, 1, 1981, 57-77, DOI: 10.1146/annurev.fl.13.010181.000421
• 9. Iverson R.M., George D.L., Logan M.: Debris-flow run-up on vertical barriers and adverse slopes. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 121, 12, 2016, 2333-2357, DOI: 10.1002/2016JF00393
• 10. Gao L., Zhang L.M., Chen H.X.: Two-dimensional simulation of debris flow impact pressure on buildings. Engineering Geology, 226, 2017, 236-244, DOI: 10.1016/j.enggeo.2017.06.012
• 11. Pudasaini S.P.: A general two-phase debris flow model. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 117, F3, 2012, DOI: 10.1029/2011JF002186
• 12. Dai Z., Huang Y., Cheng H., Xu Q.: SPH model for fluid structure interaction and its application to debris flow impact estimation. Landslides, 14, 3, 2017, 917-928, DOI: 10.1007/s10346-016-0777-4
• 13. Kattel P., Kafle J., Fischer J.T., Mergili M., Tuladhar B.M., Pudasaini S.P.: Interaction of two-phase debris flow with obstacles. Engineering Geology, 242, 2018, 197-217, DOI: 10.1016/j.enggeo.2018.05.023
• 14. Wang Y., Liu X., Yao C., Li Y., Liu S., Zhang, X.: Finite release of debris flows around round and square piers. Journal of Hydraulic Engineering, 144, 12, 2018, 06018015, DOI: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001542
• 15. Wang Y., Liu X., Yao C., Li Y.: Debris-Flow Impact on Piers with Different Cross-Sectional Shapes. Journal of Hydraulic Engineering, 146, 1, 2020, 04019045, DOI: 10.1061/(ASCE)HY.1943-7900.0001656
• 16. Yu X., Chen X., Wang H., Jia C.: Numerical Study on the Interaction Between Debris Flow Slurry and Check Dams Based on Fluid-Solid Coupling Theory. Geotechnical and Geological Engineering, 38, 3, 2020, 2427-2445, DOI: 10.1007/s10706-019-01160-0
• 17. ANSYS Fluent Theory Guide, Release 15.0, ANSYS, Inc., Canonsburg, 2013
• 18. Kang Z., Lee C., Law K., Ma A.: Debris Flow Research in China. Science Press, Beijing, 2004

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).