Discrete-element investigation of influence of granular debris flow baffles on rigid barrier impact: Fid-Bau Portal

Discrete-element investigation of influence of granular debris flow baffles on rigid barrier impact

Law, Raymond Pak Hei

Des déflecteurs sont souvent installés en aval des coulées de débris granulaires et devant des barrières rigides afin de dissiper l’énergie d’écoulement de ces débris et réduire la valeur requise de résistance des barrières à l’impact des coulées. Bien qu’elles soient bien conçues d’un point de vue technique, l’influence de ces déflecteurs sur la capacité des barrières à résister aux impacts n’est pas encore bien comprise. On a adopté un modèle déjà calibré et basé sur la méthode des éléments discrets (MED) en utilisant une série d’expériences effectuées dans des canaux expérimentaux dans le but d’étudier l’efficacité de déflecteurs installés devant une barrière rigide. L’échelle de Froude a permis de caractériser le front de coulée. On a disposé les déflecteurs dans différentes dispositions avant de les étudier, en faisant le nombre de rangées, l’espacement entre les rangées successives (L) et la hauteur des déflecteurs. Les résultats ont permis de mettre en évidence un espacement optimal entre les rangées L/D égal à 3 (où D est la taille de la fente). Un espacement entre les rangées inférieur à 3 a pour effet d’augmenter la force dynamique maximale produite par l’impact du surplus de débris contre la barrière, tandis qu’un espacement supérieur à 3 entraîne une augmentation de la force dynamique générée du front de la coulée de débris granulaires. Le fait d’augmenter l’espacement entre les rangées au-delà de 3 permet la dispersion des débris entre les rangées et diminue l’efficacité de la deuxième rangée. Le fait de fixer la hauteur des déflecteurs à 1,5 fois la hauteur de l’écoulement d’approche (h) semble avoir peu d’effet sur la force maximale d’impact des débris exercée sur la barrière. [Traduit par la Rédaction]

Granular debris flow baffles are commonly installed in front of rigid barriers to dissipate flow energy and reduce the required barrier impact capacity. Despite the engineering value of baffles, their influence on rigid barrier impact is still not well understood. A previously calibrated discrete element method (DEM) model using a series of flume experiments was adopted to study the effectiveness of installing baffles in front of a rigid barrier. Froude scaling was used to characterize the flow front. Different baffle configurations were examined, namely number of rows, spacing between successive rows (L), and baffle height. Results reveal an optimum row spacing of L/D = 3 (D is the slit size). Row spacing less than L/D = 3 leads to increased peak dynamic force from overflow impacting the barrier, whereas row spacing greater than L/D = 3 results in increased peak dynamic force from the granular debris flow front. Increasing spacing greater than L/D = 3 allows the dispersion of debris between rows and decreases the effectiveness of the second row. Adopting baffle heights greater than 1.5 times the approach flow depth (h) reveals little influence on the peak impact force induced on the barrier.