摘要：结合边坡落石灾害现状,基于落石模型试验,系统分析落石质量、下落高度、垫层厚度、加筋位置、加筋材料等因素对落石冲击力及其动态演化的影响,揭示落石冲击棚洞的动力响应规律,结合垫层自重与落石冲击作用双因素影响确定垫层最优厚度,并对垫层设计提出优化建议。结果表明:随着垫层厚度增加,棚洞所受落石冲击力呈非线性减小,减小幅度先大后小而后趋于稳定;在同一垫层厚度下,棚洞所受落石冲击力随落石高度和落石质量近似呈线性增大;当复合垫层设计为“5 cm河砂+聚苯乙烯泡沫(EPS)+10 cm河砂”时,落石中心处土压力峰值相较于纯河砂垫层降低约60%,缓冲耗能效果最佳;通过多元回归分析得到了落石冲击力计算公式,且计算结果与实验数据吻合良好。

摘要：棚洞是我国西部山区防治崩塌落石灾害的主要工程措施之一。棚洞顶板以上通常铺设由砂或碎石组成的土垫层。土垫层的作用是避免落石直接冲击棚洞,缓冲落石的冲击力。长期以来,关于土垫层厚度对缓冲效果影响的研究较少,因此,还未形成统一的理论用于指导土垫层厚度的设计。文章运用离散单元方法建立落石冲击土垫层的数值模型,探究垫层厚度和落石下落高度对土垫层缓冲落石冲击力特性的影响。研究结果表明:落石冲击力峰值与落石下落高度呈幂函数关系,顶板中心力峰值与下落高度呈线性正相关关系;随着垫层厚度的增加,落石冲击力峰值减小,当垫层厚度增加到落石直径的1.0倍之后,落石冲击力峰值与垫层厚度无关;随垫层厚度的增大,顶板中心力峰值与落石冲击力峰值的比值减小,垫层缓冲效果增大,当垫层厚度增加到落石直径1.5倍之后,垫层缓冲效果增加不明显;垫层厚度建议取值为落石直径的1.5倍。

摘要：桩板拦石墙是一种拦截落石的新型被动防护结构,由悬臂桩、桩间板和缓冲垫层组成。这种结构具有地形适应性强、占地面积小、拦截高度大等优点,在落石高发区得到了应用。然而,由于悬臂桩的极限承载力缺乏详细的报道,因此无法为工程实践提供指导。文章首先根据落石冲击力传播特征,提出缓冲垫层的合理厚度;然后根据桩身的受力和变形特性,采用弹性固支悬臂梁模型和Winkler弹性地基梁模型推导了桩身内力、位移的理论计算方法,实现了落石冲击作用下悬臂桩设计参数的自动求解。结果表明:当落石直径为2 m、冲击高度为7.0 m,冲击速度为10 m/s,且砂土垫层厚度为落石直径的1.5倍时,双排三肢钢筋1.5 m×1.2 m悬臂桩可承受冲击力为2.51×10^(6)N且冲击能量为565 kJ的落石冲击。对于冲击能量更高的情况,建议优先提高拦石桩的抗弯能力。研究可为西部山区岩崩防灾减灾提供科学依据。

摘要：随着山区经济的飞速发展,大量基础设施在山区投入使用。为了保护山区重要建筑物使其免受落石灾害影响,提出在重要建筑物的钢筋混凝土屋面板上设置一定的缓冲层。通过缓冲材料的缓冲作用将部分冲击效果缓冲消耗掉,从而达到使直接作用于钢筋混凝土屋面板上的冲击效应有所降低的目的。由于落石冲击能量大,冲击时间短暂,涉及结构大变形和复杂的能量转换关系,因而研究落石冲击下缓冲结构的动力响应就具有一定的难度。本文以简化后钢筋混凝土屋面板结构为研究对象,采用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件对落石冲击加缓冲材料的钢筋混凝土板的作用过程进行了数值仿真模拟,研究落石从不同高度下落冲击几种加不同缓冲材料的钢筋混凝土板的动力学响应,为落石防护工程设计提供参考。

摘要：【目的】山区公路工程边坡落石崩塌灾害具有突发性和强致灾性特点,是工程建设及运营过程中较为常见的地质安全隐患,有必要对落石崩塌运动特征进行研究。【方法】以西南地区某处公路边坡落石为例,在介绍落石运动分析计算算法的基础上,采用CRockfall落石软件模拟了典型落石运动轨迹,获取了主要运动特征。【结果】从统计最大值曲线峰值来看:落石运动动能能量、弹跳高度和速度分别约为2000 kJ、75 m和53 m/s;统计95%保证率和均值曲线规律基本一致,从曲线峰值来看:落石运动动能能量、弹跳高度和速度分别约为500 kJ、25 m和25 m/s。【结论】在典型位置利用软件数据采集器功能获取落石运动特征参数,为后期拦挡结构设计提供依据。

摘要：针对冲击力计算模型无法准确地将接触力与局部变形联系起来的问题,进行了块体冲击的理论计算和实验研究,以提高落石的冲击力和冲击能的计算精度,进而对防护网进行优化设计。首先,将弹性网视作弹性膜,引入狄拉克函数划分“单向均匀拉伸区”和“双向均匀拉伸区”;其次,通过伽辽金法推导出了落石冲击力和冲击能的计算公式,对施加不同预拉力的弹性网进行冲击实验;最后,将弹性网的变形量代入上述公式计算冲击力和冲击能,分析误差产生的原因。并提出修正系数对结果进行修正,修正后的冲击力、冲击能最大误差为2.8%、3.9%。与现有的落石冲击力和冲击能测算方法相比,所提测算方法更为简化,可用于模型试验中测算落石的冲击力和冲击能,为落石防护的优化设计提供基本依据。

摘要：落石法向恢复系数是运动轨迹分析的关键参数。为研究碰撞速率和材料参数对落石法向恢复系数的影响,基于球板碰撞模型,在考虑材料弹塑性基础上建立岩石球砾法向恢复系数理论模型,并利用ABAQUS模拟球板碰撞过程,监测岩石球砾碰撞前后速率的变化。研究结果表明:数值模拟结果与理论计算结果吻合较好,最大差值在5%以内。随着碰撞速率的增大,岩石球砾法向恢复系数逐渐降低,且下降速率逐渐减小;球砾法向恢复系数随着弹性模量的增加而减小,随着弹性极限的增加而增大,且均呈线性关系;泊松比对球砾法向恢复系数影响较小。

摘要：落石冲击棚洞结构作用过程复杂,缺乏统一的落石冲击力表达式。首先,将落石简化为刚性球体,基于Hertz接触理论,推导得到落石冲击力半正弦算法的理论表达式,考虑落石冲击下棚洞的非弹性特征,根据落石与材料碰撞过程中落石加速度曲线特征,采用函数拟合法推导得到落石法向冲击下其冲击力的理论计算方法;然后,基于ANSYS/LS-DYNA软件建立落石冲击棚洞数值计算模型,研究不同冲击速度下落石冲击棚洞动力特征;最后,与现存常见的多种方法进行对比,得出以下结论:Hertz半正弦法得到的落石冲击力远大于函数拟合法和数值法,而函数拟合法和数值法得到的落石冲击力时程曲线相接近,表明函数拟合法更能反映落石与棚洞接触碰撞动力关系;对比其他计算方法可以得到,Hertz算法适用于分析无能量损失下的弹性碰撞问题,而Logistic算法适用于材料大塑性变形的情况,弹塑性接触理论结果和动力有限元结果存在差异,而采用函数拟合推导的计算方法得到的落石最大冲击力和落石冲击作用时间与动力有限元法更接近,更能反映落石冲击棚洞动力响应特征,推导的落石冲击力计算方法可为工程实践中棚洞防护设计提供理论参考。

摘要：山地旅游景区落石具有较大的运动速度、弹跳高度,严重威胁影响范围内人员与设施的安全。文章以浙江省三门县蛇蟠岛景区为背景,对景区内落石灾害的威胁区域和防治措施进行研究。通过选取古洞室洞内顶板、古洞室洞内带顶洞口及洞口边坡三个易发生落石的典型场地,进行不同形状、不同质量的现场落石试验,对落石的运动轨迹、运动特征及威胁区域进行研究。同时,针对山地旅游景区落石灾害防治提出优先采取避让措施,无法避让时,再采取工程处理措施。结果表明:①落石运动过程发生了弹跳、滚动和滑动运动,落石的一次运动中可发生多次弹跳运动,危害性较大,且洞内顶板个别落石弹跳高度较高,带顶洞口落石经洞顶台阶后,水平运动距离较远,洞口边坡坡面的树木杂草和起伏不平对落石运动影响较大。②可以采用“遮挡”措施、支顶措施等工程措施对落石灾害进行防治。此结果可指导蛇蟠岛景区落石威胁范围与危害程度判定,并为落石防治设计提供参考依据。

摘要：落石与坡面或者防护结构接触过程中冲击参量随时间变化特征是描述落石碰撞过程的重要指标,对于揭示落石与坡面相互作用机制以及采取合理的防护措施具有重要的意义。在现有的相关设计规范中,并没有给出关于落石冲击力时程关系的计算方法,仅参照有关规范或经验方法确定一个落石最大冲击力值。为此,首先基于线黏弹性接触理论,建立落石冲击地面力学模型,根据位移-速度组合初始条件以及速度-加速度组合初始条件分别推导得到两种落石冲击特征参量理论解析解;然后基于ANSYS/LS-DYNA非线性动力学软件,建立落石冲击地面三维数值模型,研究球体落石冲击地面力学特点;最后将理论结果对比室内试验和已有的研究成果,得出以下结论:(1)Hertz弹性接触理论结果中各参量变化在加载阶段和恢复阶段均呈现对称的趋势,速度、加速度初始条件下的落石冲击特征参量和动力有限元法非常接近,而位移-速度初始条件组合并不适用于研究落石冲击下的动力特征;(2)不同速度和下落高度下,落石最大冲击力值随落石下落高度和冲击速度的增大而增加,而落石冲击作用时间随下落高度和冲击速度的增加而减小;(3)计算结果得到的落石最大冲击力以及落石冲击作用时间与室内试验结果和已有成果相接近,相比室内试验和有限元结果的震荡性,此结果更能体现落石冲击力变化规律;(4)多种冲击速度下,对比不同方法得到的落石最大冲击力,可知计算结果均在各种冲击力计算结果的范围内,具有很好的可靠性。考虑到现有研究理论的不足,难以求解落石冲击力时程关系,求解结果丰富了落石碰撞理论,可以指导工程有关落石灾害的防护设计。