球状风化花岗岩边坡滚石灾害防护设计研究

以闽东南典型球状风化花岗岩边坡滚石灾害为对象,采用工程地质分析与数值模拟相结合,研究边坡滚石的运动轨迹、停滞概率和冲击特性等成灾规律;模拟分析坡形坡率优化、平台缓冲介质和滚石拦挡措施的减灾机理和工程效果;最终提出一套系统的边坡滚石灾害防护设计方案.     

基于Hertz理论的滚石冲击力的修正计算研究

以Hertz弹性碰撞理论而所取得的滚石冲击力远远超过实际情况,无法应用于工程实践中。针对此,本文以Hertz接触力学和Thornton弹塑性假设为基础,考虑了构造物材料特性、冲击物的相对尺寸、结构变位等因素,建立了滚石对构造物的冲击力修正方程,最终以二郎山1#滑坡防治工程中滚石对锚索抗滑桩的冲击为例进行对比分析。结果表明：二郎山1#滑坡治理工程中,滚石冲击力计算结果显示,修正系数介于0.06-0.11之间,计算结果与实际估计较为一致;修正系数随冲击速度的增加而先急剧后平稳降低;落石冲击力随构造物强度、滚石速度的增大而增大。     

崩塌滚石对高压输电线路铁塔的危险性评估

为了减少山区滚石冲击导致铁塔失稳所带来的灾害,利用Rocfall软件建立模型边坡,对滚石的运动轨迹、弹跳高度、冲击动能进行模拟分析,并结合赫兹碰撞理论,用能量守恒定理和日本公式对滚石撞击铁塔时的最大冲击力进行理论估算,以此评估滚石对铁塔的危险性。计算结果显示铁塔塔腿承受的滚石冲击力约为3.6×10~6～2.55×10~7Pa,明显超出了铁塔所能承受的范围,同时通过模拟得出该坡面的最佳防治位置选在距离坡底25～75 m处较为合适。为研究铁塔的防护装置设计提供了理论基础,有利于铁塔的安全稳定运行。     

滚石柔性防护网耗能规律数值模拟

从滚石运动轨迹确定出发,基于数值模拟方法对云南省澜沧江沿岸某在建桥梁桥址区滚石高发边坡进行滚石滚落数值模拟,确定滚石运动特征。基于获得的滚石运动特征,使用Ls-dyna对滚石撞击柔性防护结构响应进行分析,获得拦石网动态响应特征。分析结果表明：滚石运动特征与边坡形式及覆盖层特征相关,在模拟假设条件下,与滚石质量相关性并不明显;重点关注的3个撞击参数拦石网最大变形、冲击力峰值和接触时间均表现出与撞击速度和滚石半径较好的线性相关性;柔性防护网在对不同半径滚石撞击下表现出明显的＂子弹效应＂,小半径滚石穿透拦石网所需动能明显小于大半径滚石。     

滚石冲击下孔隙率和孔隙分布对空心砖缓冲性能的影响

采用大型摆锤冲击试验和LS-DYNA数值模型,研究了空心砖不同孔隙率(28%、42%、54%)和孔隙分布(2孔、8孔、18孔、32孔、50孔)对空心砖缓冲性能的影响。结果表明:滚石冲击力随着空心砖孔隙率的增大而减小, 54%孔隙率空心砖比28%孔隙率空心砖减小了23%滚石冲击力峰值和46%空心砖缓冲层传递力峰值;滚石冲击力和空心砖缓冲层传递力随着孔隙分布均匀化而减小,相比于2孔空心砖,50孔空心砖最大可减小46%滚石冲击力,传递力可减小31%;均匀的孔隙结构分布可以有效增大传递力扩散角,50孔空心砖比2孔空心砖传递力扩散角增大46%。     

山区输电塔滚石撞击响应分析及撞击力计算

为了掌握滚石撞击作用下山区输电塔受力特性,以某山区800kV特高压输电线路T型输电塔为对象,采用非线性显式动力学分析软件,建立了输电塔滚石撞击有限元模型,研究了输电塔撞击区域杆件变形、应力及其时程变化,分析了滚石撞击位置、角度、速度以及滚石直径对输电塔撞击响应的影响规律,给出了输电塔滚石撞击力峰值计算公式,并与其它算法对比验证。结果表明：输电塔滚石撞击力呈现三角脉冲形态,持续时间短、冲击力大;输电塔撞击区域塔杆变形和内力较大,撞击时塔杆应力水平瞬时达到峰值,随后迅速振荡衰减,并逐渐稳定;滚石撞击后塔杆发生塑性变形,出现残余应力,但残余剪应力水平小于残余轴向应力;滚石撞击位置处于1/6到1/8塔高时,滚石撞击力峰值和杆件的残余轴向应力相对较大,撞击角度为0°时,输电塔的撞击响应最为剧烈,撞击速度和滚石直径对输电塔撞击响应影响较大;④撞击力峰值拟合公式可用于输电塔滚石撞击力的估算。     

冰雹作用下土质边坡模型试验方法

为研究冰雹灾害对土质边坡稳定性的影响，自主设计了一套冰雹降落装置，采用自制冰球对模型边坡进行加载. 共进行了3组试验，通过高灵敏度动土压力监测系统获得土压力，拟合冲击力；通过摄影测量技术（PIV）监测冰球冲击坡面时的速度向量，计算法向和切向恢复系数，同时监测加载过程中位移变化规律；通过含水率监测系统监测坡体含水率，分析试验前后的水分迁移规律. 试验结果表明：在加载密度和加载次数较大时，冲击会使边坡产生浅层滑动，落于坡顶面的冰球重新分布形成堆积，逐渐融化，向下形成渗流；加载瞬时形成冲击荷载，可将其拟合为衰减的半正弦波形；法向恢复系数较小，切向恢复系数较大，冰球在冲击过程中倾向于沿坡面运动；含水率传感器从上到下依次响应，边坡后端融水渗流速度比前端更快，融水主要影响坡顶平台，坡顶平台中层水分迁移速度最快；静土压力与坡顶堆载和冰球融化渗流有直接联系；坡体整体变形较小，最大变形位于坡顶转角处；试验结果反映了冰雹降落对边坡稳定性影响的3个方面：冲击作用、堆载作用、渗透作用，可为冰雪极端灾害条件下的边坡安全预警提供参考和依据.     

岩质边坡滚石飞落模型与防治技术

针对公路岩质边坡的滚石灾害问题,建立岩石跳跃滚落的理论分析模型,推导了岩石运动的轨迹方程、滚石第1次落点后的水平速度和竖向速度以及第2次落点的水平距离,计算了滚石掉入构筑物表面的水平距离和对砂垫层的撞击能,并计算了滚石撞入砂垫层的入土深度,分析了撞击能与入土深度的关系,同时推导出了滚石落入砂垫层的冲击压力、最大法向压应力、撞击能以及压入量,并通过2个算例对提出的模型进行验证,根据计算结果选取了合理的防护方式对滚石灾害进行防护。研究结果表明:算例1滚石对砂垫层的压入量为1.28m,设计构筑物上的砂垫层厚度为2m,同时考虑到构筑物的安全储备,滚石撞击坡面后的水平运动距离小于撞击点到公路路缘的水平距离,滚石飞落至地面的撞击能为167kJ,采用型号为AXI-015(防护等级为200kJ)的被动防护网可有效防护构筑物,避免安全事故的发生;算例2滚石落入砂垫层的压入量为0.87m,撞击能为124kJ,设计洞口顶回填1.5m厚的砂垫层,采用防护等级为150kJ的被动防护网可有效防护边坡滚石灾害。采用提出的模型计算并进行防护的效果非常明显,证明了所建模型的可实施性,为以后类似工程提供了有益指导。     

基于滚石运动参数的防护网数值模拟

被动柔性防护网是目前有效治理滚石灾害的一种防护装置,它的设计选型、现场布置位置和系统的布设高度取决于滚石在坡面上的运动轨迹以及相关的动力学参数,基于Hertz接触力学,运动学以及土体的线弹性本构模型对滚石各个运动阶段进行了公式化推导,并利用现有的滚石模拟软件进行了验证,数值模拟显示两缓一陡,两陡一缓坡面能减少碰撞抛射次数并有效降低滚石能量。被碎石、角砾、土壤和植被覆盖的坡面材料能有效增加滚石能量的损耗。利用ANSYS/LS-DYNA,对R7/3/300网片进行数值验证,结果显示能有效拦截了滚石,说明选取网片适宜。基于能量与运动学理论推导了滚石各阶段公式,基于滚石运动参数的防护网数值模拟设计更为经济与安全,实际应用价值较高。     

强震抛射型崩塌滚石运动特征研究

宝兴县潘族组崩塌位于＂5.12＂汶川地震重灾区四川省宝兴县,地震诱发多处危岩体崩塌失稳,造成崩塌滚石地质灾害。受地震效应作用,危岩体后缘拉裂隙逐渐被贯通,形成抛射型崩塌模式。滚石运动路径主要受滚石形状、起始运动方式、坡面特征和坡体形态等因素的影响。通过调查滚石与坡面碰撞留下的地质痕迹,真实复原了滚石运动路径。依据坡度、...