При испытаниях селевого воздействия на портал тоннеля давление достигло 1,141 МПа

Китайские исследователи изучили динамическое воздействие селевого потока на входной участок железнодорожного тоннеля. На основе полевых обследований и лабораторных модельных испытаний установлены особенности распределения давления, развития размыва и накопления обломочного материала перед порталом. Максимальное давление, приведённое к условиям натурного сооружения, составило 1,141 МПа.

Результаты опубликованы в апреле 2026 года в журнале Bulletin of Engineering Geology and the Environment. Авторы исследования — Huayun Li, Bochun Wang, Mingkun Wang, Bingguang Chen и Jian Yang.

Порталы железнодорожных тоннелей в горной местности относятся к сооружениям, наиболее уязвимым при сходе селевых потоков. В отличие от обычного поверхностного стока, сель представляет собой движущуюся смесь воды, грунта и обломочного материала. Его воздействие определяется плотностью, скоростью, концентрацией твёрдых частиц и характером взаимодействия с препятствием.

При столкновении с портальными конструкциями поток создаёт кратковременные динамические нагрузки, которые могут существенно отличаться от давления неподвижного грунта или воды. Одновременно происходит размыв основания, перераспределение обломочного материала и формирование зон накопления наносов.

Исследователи рассмотрели эти процессы на примере строящегося железнодорожного тоннеля. Для воспроизведения взаимодействия селевого потока с портальной конструкцией была разработана физическая модель, позволившая проследить последовательность изменения давления, скорости и глубины размыва.

По результатам испытаний авторы выделили три характерные стадии воздействия: первоначальный удар потока о сооружение, перелив материала и последующее накопление наносов.

На первой стадии движущаяся масса сталкивается с препятствием, вызывая резкое увеличение давления. Затем часть материала перераспределяется и переливается через зоны препятствия. По мере снижения скорости начинается накопление обломочного материала в припортальной области.

При этом развитие размыва оказалось не монотонным. Глубина размыва перед входом в тоннель сначала увеличивалась, затем уменьшалась вследствие перераспределения и накопления материала, после чего вновь возрастала до достижения относительно устойчивого состояния.

Такой результат важен для проектирования порталов в селевых долинах. Максимальная глубина размыва может формироваться не только в момент первоначального удара, но и на последующих стадиях взаимодействия потока с сооружением.

Исследователи также оценили влияние плотности селевой массы. В рассматриваемой программе наиболее неблагоприятные показатели скорости и глубины размыва были получены при плотности 1700 кг/м³.

Для этих условий зафиксировано максимальное динамическое давление, которое при пересчёте на натурные размеры сооружения достигало 1,141 МПа.

Эта величина характеризует пиковое локальное воздействие в исследованном сценарии. Её нельзя принимать в качестве универсальной расчётной нагрузки для всех тоннельных порталов: давление зависит от скорости и плотности потока, геометрии препятствия, гранулометрического состава материала и условий движения селевой массы.

Особое внимание авторы уделили распределению нагрузки по высоте сооружения. Установлено, что основное динамическое воздействие сосредоточено в нижней части портала — ниже отметки 6,42 м в пересчёте на натурное сооружение.

Такое распределение связано с концентрацией движущегося материала у основания препятствия и особенностями формирования ударной зоны. При этом верхние участки портала могут испытывать дополнительные воздействия в результате перелива и накопления наносов.

Для проектирования железнодорожных тоннелей подобные результаты позволяют уточнять расположение наиболее нагруженных участков портальной конструкции, выбирать схемы защиты от селевых потоков и оценивать необходимость дополнительных сооружений, ограничивающих скорость движения обломочного материала.

На основании экспериментальных данных и опубликованных исследований авторы разработали гидродинамическую модель воздействия селя. В ней установлена степенная зависимость между давлением потока и числом Фруда — безразмерным параметром, характеризующим соотношение инерционных и гравитационных воздействий.

Использование такой зависимости позволяет анализировать изменение давления при разных режимах движения. Однако для практических расчётов необходимо учитывать диапазон условий, в котором модель была проверена, а также масштабные эффекты физических испытаний.

Для инженерной защиты горных железных дорог работа представляет интерес прежде всего тем, что рассматривает не только максимальное давление на портал, но и последовательность взаимодействия сооружения с селевой массой. Размыв основания, первоначальный удар и последующее накопление наносов могут формировать различные неблагоприятные состояния конструкции.

Полученные результаты могут использоваться при разработке расчётных сценариев для порталов тоннелей, расположенных в селевых долинах. При этом окончательный выбор защитных мероприятий требует данных инженерно-гидрометеорологических и инженерно-геологических изысканий, оценки параметров расчётного селевого потока и анализа устойчивости прилегающих склонов.