基于落石计算的危岩拦石土坝设计方法

结合黄石板岩山危岩体防治工程,根据现场地形地貌,为拦截落石和危岩削方爆破飞石,提出以拦石坝为主的三级防护布置方案.以落石和爆破飞石的运动特征为基础,探讨基于落石和爆破飞石计算的拦石土坝设计计算方法.首先计算落石爬坡高度,并以此为依据确定土坝高度,根据能量守恒定律计算土坝平均宽度,从而确定土坝的结构和尺寸.进而对土坝的抗落石冲击力、抗滑移和抗倾覆稳定性进行验算,同时对斜坡在施工和坝体砌筑加载情况下的稳定性进行了验算.     

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。     

三峡库区陡高边坡落石运动特性数值模拟分析

【目的】探究三峡库区陡高边坡落石运动规律和落石灾害的影响,为工程防治提供依据。【方法】以重庆市万州区天生城危岩落石为研究对象,基于概率统计、能量损失、碰撞回弹等理论,运用Rocfall危岩落石轨迹模拟软件,建立该危岩落石的二维数值模型,通过对已经发生的单体落石的数值模拟运动路径与理论计算的运动路径进行对比分析,确定有关数值模拟参数取值的合理性。【结果】通过数值模拟获得了落石运动特性的落石弹跳高度、平移速度、总动能图及不同质量落石停积位置概率;落石对坡脚公路和学校影响概率为100%。【结论】研究结果对三峡库区危岩落石防治工程中被动防治位置的确定以及落石的拦截高度、能量大小等参数的预测提供了重要依据。     

穆坪镇马家危岩体破坏机制及治理措施研究

马家危岩体目前变形加剧,已严重威胁坡脚省道S210的畅通和居民安全,可能造成更严重的危害。根据危岩体结构特征和变形破坏迹象,分析了危岩体的2种破坏机制：拉裂—滑移式和拉裂—倾倒式。在此基础上,运用能量守恒定律和运动学规律研究危岩体失稳落石运动特征,落石运动到坡脚的最大弹跳高度为2.9 m,最大动能为1 289.54 k...     

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。     

落石冲击砂土-EPE-棚洞顶板的精细化动力响应模拟

落石灾害是我国三大地质灾害之一,为了更有效地进行边坡落石防护,基于LS-DYNA显式计算软件依次构建了“砂土-顶板“”砂土-EPE-顶板”三维计算模型,定性研究了各分部结构冲击应力分布规律,定量计算了顶板腹部正中单元、腹部中轴线单元的应力与位移.探究了设置EPE垫层的厚度、型号敏感性分析,揭示了落石、砂垫层、EPE垫层的能量分布特征.研究结果表明：EPE垫层具备良好的“阻滞应力传播”特性,14 m/s冲击速度下,添加0.4 m厚EPE垫层,落石峰值加速度降幅可达27.13%,速度衰减至0所需时间约由0.04 s增至0.06 s,最大冲击位移约由0.3 m增至0.4 m.顶板峰值应力由2.389 MPa降至0.893 MPa,降幅达62.62%,峰值位移由0.391 mm降至0.166 mm.缓冲效果随EPE厚度增加而逐步放缓,EPE设置厚度以0.4～0.8 m为宜,并应结合现场情况选取强度适宜的EPE型号,数值模拟与实验结果一致性较好.添加EPE垫层后,落石内能降低,动能衰减时间延长.砂垫层动能增加内能降低,EPE动能随其厚度减小而逐渐降低,内能逐步升高.     

不同雷诺数风沙来流下粒径对S809翼型性能的影响

以风力机专用翼型S809为对象,采用数值模拟的方法研究不同雷诺数风沙来流下粒径对翼型性能的影响.结果表明:0.5μm颗粒绕流时紧贴翼型壁面运动,随着颗粒直径的增大,其运动轨迹逐渐偏离吸力面,且直径越大,偏移距离越远.当颗粒直径为10～50μm时,颗粒绕过前缘后开始偏离吸力面,大于50μm时,其绕流作用减弱,出现直接撞击吸力面的现象;雷诺数越大,近前缘驻点处撞击壁面的颗粒直径越小,且小攻角下撞击壁面的颗粒直径较小;各雷诺数下,50μm颗粒对翼型气动性能的影响最大;雷诺数为2×10~5时,5、50μm颗粒对气相湍动能有抑制作用,50μm颗粒的抑制作用最明显,100μm颗粒会增强气相湍动能.     

基于离散元方法斜碰落石冲击力的数值研究

落石灾害往往给交通基础设施、过往车辆、行人等造成极大威胁。落石冲击力是落石灾害防护结构设计的主要荷载,因此,对落石冲击力进行深入研究能为防护结构的设计提供理论参考。对比分析了PFC3D模型与现有落石冲击力公式计算结果差异,并采用离散元程序,对落石不同半径、不同角度地冲击作用进行了数值模拟。结果表明:PFC3D离散元程序能够用于落石冲击力的计算;在冲击能量相同的情况下,落石斜碰作用冲击力不及正碰作用,当冲击角度α50°时,斜碰作用冲击力与正碰作用冲击力相差变小;并且落石冲击力切向分量随着角度先增加后减小,角度越缓,落石冲击力主要由切向力控制。当斜碰垂直分速度与正碰速度相同的情况下,斜碰冲击角度越缓,落石冲击力反而越大,切向力占比越大。研究结果可为落石斜碰作用下防护结构的设计提供参考。     

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3.6×106～2.55×107 ...     

基于离散元方法斜碰落石冲击力的研究

落石灾害往往给交通基础设施、过往车辆、行人等造成极大地威胁。落石冲击力是落石灾害防护结构设计的主要荷载,因此,对落石冲击力进行深入研究能为防护结构的设计提供理论参考。本文对比分析了PFC3D模型与现有落石冲击力公式计算结果差异,并采用离散元程序,对落石不同半径、不同角度地冲击作用进行了数值模拟。结果表明：PFC3D离散元程序能够用于落石冲击力的计算;在冲击能量相同的情况下,落石斜碰作用冲击力不及正碰作用,当冲击角度α>50°时,斜碰作用冲击力与正碰作用冲击力相差变小;并且落石冲击力切向分量随着角度先增加后减小,角度越缓,落石冲击力主要由切向力控制。当斜碰垂直分速度与正碰速度相同的情况下,斜碰冲击角度越缓,落石冲击力反而越大,切向力占比越大。本文的研究结果可为落石斜碰作用下防护结构的设计提供参考。     

带电粒子在典型非均匀磁场中的运动

从带电粒子在喇叭形磁场中的运动动能不变出发,采用近似求解法,讨论了带电粒子在典型非均匀磁场中的运动特点,结果表明:螺旋半径r随着B的增加而减小,其运动轨迹为一条会聚螺旋线,运动过程中带电粒子的轨道磁通量始终保持不变,呈现出横向约束;带电粒子的纵向速度分量随着B的增加而逐渐减小,当纵向速度等于零时,带电粒子将掉头反转,呈现出纵向约束。这一结果也说明:在微小不均匀磁场中,带电粒子的运动可以认为是在均匀磁场中的回旋与作为微扰而存在的磁场不均匀性所引起的漂移的叠加。最后简单介绍了上述运动特点在等离子体磁约束中的应用。     

双弹性振子横振动周期的实验研究

<正>1 理论模型对称双弹性振子的物理模型可以用一个在光滑水平面上运动的质点来描述,质点的质量为m,它与两根原长为a,弹性系数为k的弹性绳相连.在平衡时这两根弹性绳被拉长到l,成一条直线.我们把质点的运动约束在垂直于该直线的方向,即横振动.以小球的平衡位置为原点O,运动方向为X轴,当质点的位移为x时,系统的动能为     

活性破片能量输出特性实验研究

针对活性破片毁伤威力评估问题,提出了一种动态测量活性破片能量输出特性的方法,采用弹道发射的方式,实验测量了3种不同配方活性破片的能量输出特性.结果表明,活性破片在强碰撞载荷作用下会发生爆炸性反应并释放大量化学能,能量释放率与碰撞速度密切相关,当活性破片以约1500m/s的速度与目标碰撞时,所释放的化学能约为动能的5倍, 大幅提高了毁伤目标的能力.     

基于物质点法的远程滑坡碎屑流运动过程模拟及特征分析

目的 研究远程滑坡碎屑流运动过程以及运动过程中速度、滑动距离、动能变化,为滑坡碎屑流灾害的预防和治理提供参考。方法 基于物质点法,以塔合曼和乱石包两个远程滑坡碎屑流工程实例为背景,对两个滑坡碎屑流的运动过程进行数值模拟;并对塔合曼滑坡碎屑流运动过程中水平、垂直方向运动速度分布,内摩擦角对运动过程的影响,以及乱石包滑坡碎屑流铲刮效应对堆积形态、动能变化的影响进行分析。结果 两个滑坡碎屑流最终堆积形态模拟结果与实测结果吻合良好,验证了数值模拟结果的有效性;塔合曼滑坡碎屑流随着内摩擦角从18°增加到33°,动能峰值降低71.4%,最终势能增加54.4%,滑坡碎屑流的能量耗散减小47.8%;在乱石包滑坡碎屑流实例的模拟中,速度云图呈现了滑体速度场的层状分布特征。结论 内摩擦角对滑坡碎屑流的动力过程影响十分显著;乱石包滑坡碎屑流的滑体在高速滑移阶段存在强烈的内部剪切作用,并且铲刮效应对滑坡碎屑流的运动起到了一定的阻碍作用。     

汶川震区陕西省宁强县滑坡灾害危险性分析与评价

在分析汶川震区陕西省宁强县滑坡灾害特征和危险性影响因素的基础上,利用开发的县域滑坡灾害风险管理GIS系统,选取斜坡坡度、地层岩性、地震动峰值加速度等8个因素进行滑坡灾害危险性分析。根据研究区13 477个网格单元信息量计算结果,将宁强县滑坡灾害危险性分为极高、高、中、低和极低5个危险等级。研究得出极高危险和高危险区主要集中在勉阳深大断裂带及其次级断裂区,约占研究区总面积的16%,滑坡点密度为20.5/100 km2.中等危险区分布于境内工程地质岩性较为软弱的区域,约占研究区总面积的42%,滑坡灾害点密度为6.3/100 km2.低危险区和极低危险区位于区内人口稀少的高远山区,约占研究区总面积的42%,滑坡灾害点密度为0.64/k100 m2.     

一维更键反铁磁链的孤子激发

研究了一维更键海森伯反铁磁链的孤子激发问题。在该反铁磁链模型的哈密顿量中,考虑了格点间的最近邻及次近邻相互作用、Dzyaloshinskii-Moriya相互作用和恒定外磁场的影响。利用Holstain-Primakoff变换、多重尺度方法,得到了系统不考虑非线性项时自旋波的频率ω和考虑非线性项时两套格子所对应的两个亮孤子解。在此基础上,讨论了波数k、更键强度m(即最近邻交换作用比值J'1/J1)对ω和孤子峰值、宽度、能量的影响。研究表明:ω可以分为光学支ω+和声学支ω-,在kb=0,±2π附近(b为最近邻元胞间距),ω并不存在;声学支ω-有对应的亮孤子解,光学支则没有;J1一定时,m越小,ω两分支间间隙越小;参数相同时,两个亮孤子解的孤子峰宽、相速、群速、能量量子相同,包络振幅和相位不同;两孤子解能量量子小于不考虑非线性项时的自旋波能量量子,两孤子解是稳定解;m的大小不仅影响两孤子的相对峰值大小,还影响两孤子的相对相位。两孤子解的峰值大小随m、k的变化而变,但变化并不一致。两孤子的峰宽既没有随k单调增减,也没有随m单调增减。     

复杂接触下大理岩球砾碰撞破碎特征

落石是山区常见的地质灾害之一。为研究块石在复杂接触条件下的运动轨迹,利用改进的分离式霍普金森杆系统开展大理岩球砾冲击试验,研究了球砾碰撞破碎特征,探究了冲击角度、接触面粗糙度等因素对试样破碎的临界速度、破碎特征以及尺寸分布的影响。此外,采用高速摄影机观察破碎特征,并将试样碎片进行筛析,分析试样在不同裂纹发育阶段的碰撞破碎特征。试验结果表明：冲击角度45°≤θ≤90°,尖齿角度α=180°,速度一定时：冲击角度θ越大则试样越容易破裂发育裂纹,试样的破坏率随着冲击角度的增大而增大;冲击角度θ=90°,速度一定时：尖齿高度一定时,尖齿角度α越小,试样越容易破裂发育裂纹,试样最终的破坏率随着尖齿角度α的增加而降低;尖齿角度α一定时,尖齿高度越小,试样越容易破裂发育裂纹,试样最终的破坏率随着尖齿高度的增加而降低。因此,增加接触面尖齿角度或减小冲击角度可以有效降低落石冲击时块石的破碎程度。     

COREX熔化气化炉风口回旋区CFD+DEM数值模拟

COREX熔化气化炉风口回旋区是炉况顺行的基础,在冶炼过程中起着十分重要的作用,为了描述其形状和大小,建立了CFD+DEM(ComputationalFluidDynamicsandDiscreteElementMethod)耦合模型,对回旋区形成过程及大小进行了颗粒尺度的分析.得到床层高度为04m,气体速度1174m/s的条件下回旋区颗粒空隙度分布,当吹气时间为013s时,气体入口附近有颗粒被吹开,随着时间的推进,气体动能吹开的颗粒增多,019~021s时,形成的回旋区开始稳定.对入口处不同气体速度条件下回旋区及其附近颗粒速度进行了计算模拟.模拟结果显示,风口附近颗粒在做回旋运动,并且随着入口气体速度的增大,吹开的颗粒增多,回旋区空腔增大,当入口气体速度为1174m/s和1683m/s时形成的回旋区较稳定,当入口气体速度大于2190m/s时形成的回旋区不太稳定.     

平面运动刚体速度瞬心加速度方向的简易判定法

作平面运动的刚体,当速度瞬心P到质心C的距离不变时(例如沿平面或斜面滚动的匀质圆柱体),如何用简便的方法判定速度瞬心P点加速度的方向?本文中将采用两种证明方法,证明以下规律:平面运动刚体当速度瞬心到质心距离为常量时,瞬心的加速度方向必沿着瞬心和质心两点的连线。     

地球自转对弹簧振子的影响

<正> 通过理论计算,笔者发现,在考虑地球自转的影响时,弹簧振子相对于地球的运动情况是较为复杂的。这里,我们分以下两种情况进行讨论: 一、竖直悬挂的弹簧振子 设一倔强系数为k的轻弹簧,原长为L,在纬度为λ处竖直悬挂,悬挂点距地面高度为H。当一质量为m的小球挂于其上并保持平衡时,平衡点距地面O点的高度为H-L-mg/k, 如图一所示。