SNS柔性防護系統仿真技術 在邊坡災害防治中的應用

陳良銳周 宇

（1重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074 2招商局重慶交通科研設計院有限公司 重慶 400067）

SNS柔性防護系統仿真技術 在邊坡災害防治中的應用

陳良銳1周 宇2

（1重慶交通大學 土木工程學院 重慶 400074 2招商局重慶交通科研設計院有限公司 重慶 400067）

文章主要介紹了SNS柔性防護系統（Safety Net System）的概念、類型及在邊坡災害中所起到的作用；結合ABAQUS/CAE仿真分析介紹了SOP的整個操作流程，闡述了柔性防護系統在邊坡防護標準化設計、對地形具有良好的適應性和安全可靠性等方面的技術優勢。

SNS柔性防護系統；邊坡災害；防治方法；ABAQUS/CAE；模擬仿真

1 引言

我國是一個南部多山的國家，這樣的性質也就決定了我們國家山區邊坡泥石流、滑坡、風化剝落等地質災害無法避免。而這些發生災害的地方很多都是在我們的公路網或者是鐵路網線當中，這些網線一般都會存在著邊坡的開挖和填方，而這就是那些薄弱面存在的地方，也是易于發生災害的地方。長期以來我國在地質災害處理效果上不是很理想，特別是在防治技術上還比較落后。SNS柔性防護系統（Safety Net System）是1956年瑞士布魯克集團研制開發并應用各類工程的防護技術。在進入20世紀80年代之后，柔性防護系統在技術上慢慢趨于成熟和完善，形成了一種地質災害防治工程領域內成熟的柔性防護新技術。該技術從1995年引進中國之后在中國的公路、鐵路、市政、水利等各個領域得到了廣泛的應用，在大量的工程上得到了很好的實踐效果，這使SNS柔性防護系統在中國得到了很好的發展，同時也在發展的過程中根據中國的國情在不斷地自我完善。在這個完善過程中，仿真技術的引入使得邊坡災害分析更加具有實際的應用效果和推廣，也使得一些比較難以取得的成果得到了模擬和驗證。

2 SNS柔性防護系統概況

2.1 SNS柔性防護系統類型

對于邊坡的災害發生，SNS柔性防護系統需要得到相應的選擇才能發揮出它的功效。而對于邊坡地質災害的發生，我們主要是通過主動防護系統的防止災害發生和被動防護系統的避免災害造成的不良結果。柔性防護系統主要分類為主動防護系統和被動防護系統兩大類。主動防護系統主要是將鋼絲網和相應的設施設計在邊坡較為薄弱或者容易發生垮塌的地方，用于加固和穩定邊坡的危巖地區，防止邊坡地區的巖石因為風化作用或地質結構改變而引起下落；被動防護系統就是指在邊坡用鋼絲繩網和立柱的結構方式，形成柵欄防止邊坡上的落石和碎屑落下，保護鋼絲繩網后方的建筑和通行。

2.2 SNS主動柔性防護系統

主動防護系統通過用鋼絲繩網的方式對邊坡的巖石和風化地區形成包裹的方式，讓邊坡的危巖得到相應的穩定和保護。主動柔性防護系統對于崩塌比較嚴重的地區或者是邊坡較陡峭的地區十分有效果，同時相比于被動柔性防護系統而言的清理工作也十分好做易于集中處理。兩者在一些工程環境下如果搭配使用會得到更加高效和經濟的結果。在主動柔性防護系統中防護網的設計尺寸十分重要，既要保證覆蓋在防護網下的風化碎石不會掉落，也要保護破面的整體穩定性，所以對于主動防護系統的鋼筋網布置需要具體情況具體分析。

2.3 SNS被動柔性防護系統

SNS被動柔性防護系統在我國已經得到了很廣泛的應用，其中RX-050型被動柔性防護系統在我國西南片區得到了很好的推廣。被動柔性防護系統主要是以落石的沖擊動能作為主要的設計參數，通過一定的仿真軟件模擬和沖擊動荷載的加入得到相應的防護能級。通過設計出來的不同崩塌情況和形式相應制定出不同的標準，如：RX型、AX型和CAN型。防護的能級主要是在40kJ到2350kJ，并且對需要更高強能級的防護可以進行特設設計設防。SNS被動柔性防護系統在野外也因為其基礎形式結構簡單而很便于安裝,對各種復雜邊坡地形具有十分強的適應能力。

在仿真模擬當中RX-050型被動柔性防護系統是做為常用的分析對象，通過對RX-050型進行三維有限元仿真模擬來得到工程當中所需要的計算和驗證，RX-050型被動柔性防護網構成如下表1所示。

表1 RX-050型被動柔性防護網構成

3 邊坡災害仿真研究分析

邊坡災害的研究離不開仿真軟件的輔助設計，而仿真軟件也是在邊坡災害防護中需要的模擬工具。通過仿真軟件的交互式圖形界面，能夠便捷快速的創建或導出分析模型幾何體，并切割成便于網格劃分的區域塊，生成精確的單元和結點用于進行模擬分析。常用軟件中ABAQUS/CAE（Complete Abaqus Environment）的整個SOP（Standard Operation Procedure）過程如下圖1所示，通過前處理、求解計算和后處理得到相應的仿真計算結果。

圖1 ABAQUS/CAE標準操作流程

對于上述SOP過程的操作能夠創建完整的有限元模型，比如定義材料性能并賦予到相應的部件上，加載邊界條件及相應的荷載情況等，同時能夠對分析的邊坡模型進行加以檢測和觀察。在不影響邊坡數據結果精度的前提下對模型做適當的簡化，忽略哪些不重要的細節，特別是在網格劃分的過程中不統一進行劃分，而是重點分析區域重點劃分，不重要的區域可以考慮適當的放寬劃分條件，從而合理的分配整個邊坡模型的計算資源。在提交邊坡情況的分析任務之后要及時監視并控制整個分析的過程。

5 結語

SNS柔性防護系統是國外在邊坡防護工程中用于保護而不斷發展起來的防護設施，在我國也不斷地在推廣和發展。SNS柔性防護系統具有施工簡便、適應性強、占用地少、十分美觀耐用等鋼筋混凝土等防護工程所不能相比的優勢。SNS柔性防護系統在公路網、鐵路網邊坡工程中具有廣闊的使用前景，對沿線的邊坡災害處理具有十分重要的作用。

在邊坡工程實際的有限元分析中，更多的將仿真技術分析與工程全壽命周期相結合是發展的趨勢，這樣才能讓邊坡在修建的整個過程中得到很好地觀測和檢查，對可能出現的問題和情況提前進行優化（Optimization），保證邊坡的安全的前提也能夠得到經濟技術的控制。根據不同的邊坡工程，通過仿真模擬分析得到更加具有針對性的災害防治是SNS柔性防護系統在路網災害防治中的發展和前進的方向。

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1007-6344（2017）06-0351-02

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發有限公司，學歷：本科，職稱：助理工程師，研究方向：高速公路養護