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1.
边坡落石运动轨迹计算新方法 总被引：10，自引：0，他引：10
考虑落石形状对落石运动轨迹的影响,将落石近似成椭圆形。根据落石运动的5种常见形式,即自由落体运动、斜抛运动、碰撞、滑动和滚动,分别得到了各种运动形式的运动速度计算公式。在碰撞阶段考虑了地面的弹塑性变形,得到了与碰撞前速度、落石形状和地面材料有关的恢复系数计算公式,并根据接触力学的有关理论得到了碰撞冲击力的计算公式,给出了落石连续滚动的判别条件。将理论公式应用于重庆万州首立山落石运动轨迹预测,验证了理论公式的可行性和有效性。 相似文献
2.
隧道仰坡落石冲击模型试验研究与机制探讨 总被引：1，自引：0，他引：1
以在建的成都－兰州（成兰）铁路某隧道出口仰坡为研究对象,研发了大型落石冲击边坡模型试验系统,该系统由模型试验台架、落石三维空间释放装置、高速摄影系统等组成,结构强度高并能满足试验过程的可视化需求。根据现场岩样实测物理力学参数,采用凡士林、硅油、水泥、细沙、重晶石粉、石膏以及滑石粉等原料,研制出现场千枚岩和砂岩的相似材料,并用于模拟边坡和落石。通过开展物理模型试验研究了近长方体落石初始滑移角度、形状、质量等3种因素对碰撞恢复系数这一落石运动轨迹模拟中关键参数的影响,同时在落石下落冲击的过程中,利用高速摄影仪和坐标卡尺记录落石完整的运动轨迹,后期通过视频处理软件分析落石与边坡碰撞前后的速度变化,根据公式计算出落石法向和切向的碰撞恢复系数。试验结果表明：随着初始滑移角度的增加,板状试件的法向、切向恢复系数分别呈减小和增大的趋势,且切向恢复系数变化更加明显;落石法向恢复系数随质量的增加呈明显减小的趋势,而切向恢复系数值变化不大;对于近长方体落石,立方体试件的法向和切向恢复系数大于厚板状试件,条形试件的两向恢复系数值受碰撞接触形态的影响,呈现两极化的趋势。最后,结合试验现象以及前人的研究成果对落石运动冲击机制进行了初步探讨。 相似文献
3.
滚石冲击碰撞恢复系数研究 总被引：21，自引：3，他引：18
在研究滚石的运动规律过程中,滚石的碰撞恢复系数是重要的控制参数,它不仅与滚石的冲击速度、质量有关,还与滚石、坡面覆盖层的物理力学性质密切相关,目前尚无合理的计算理论,这是滚石灾害研究的一个难点问题。根据Hertz接触理论、Cattaneo & Mindlin切向接触理论,在考虑材料弹塑性特性的基础上研究了滚石法向碰撞恢复系数和切向碰撞恢复系数的计算模式,给出了具体的计算公式,并阐明了影响滚石碰撞恢复系数的主要控制因素。通过一算例的计算分析并与已有结论的比较,表明该计算模式的合理性。 相似文献
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边坡滚石运动轨迹分段循环算法 总被引：1，自引：0，他引：1
边坡滚石是在基本建设中常遇到的一种工程灾害。其防护结构的设计依据主要是边坡滚石的运动轨迹,因而要对这种灾害进行防治,首先要确定滚石的运动轨迹。根据落石运动全过程的三个阶段,即滚动(滑动)运动阶段、抛物运动阶段和与坡面碰撞阶段,利用分段循环算法分别得到了三个运动阶段的运动速度计算公式。以某岩质边坡构建相似模型,将该理论公式应用于落石运动轨迹预测,验证了公式的可行性和有效性。与现有方法相比,分段循环算法具有计算原理简单明确、易于使用等优点。该方法可用于斜坡区滚石运动特征的预测,并可作为斜坡区滚石灾害防治的依据。 相似文献
5.
《岩土力学》2021,(3)
为了研究落石形状和尺寸对恢复系数的影响,通过专门设计的落石碰撞测试装置,分别展开10种不同形状和5种不同尺寸的试块与坡面的碰撞测试。基于冲击动力学理论对试验结果进行分析,法向恢复系数R_n对试块形状的变化非常敏感,且非棱角状试块的R_n值明显高于棱角状试块。非棱角状试块R_n值大小依次为球形椭球球底圆锥圆柱圆盘,棱角状试块的R_n值大小依次为正二十面体正方体正四面体长方体三角板。综合考虑试块的几何构型和表面积分布特征,引入一个新的形状量化指标——形状因子η,其与非棱角状试块和棱角状试块的R_n值分别呈强线性正相关。相较于R_n,试块形状对切向恢复系数R_t的影响较弱,且棱角状试块的R_t值整体略大于非棱角试块。试块尺寸对R_n和R_t的影响均较为显著,且与R_n和R_t均呈良好的线性负相关关系。这些获得的规律可为落石灾害的准确预测提供重要参考。 相似文献
6.
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。 相似文献
7.
切向恢复系数是滚石碰撞回弹的重要控制参数,目前的理论公式不能完全反映其作用机制,这是滚石动力学研究的一个难点问题.为此,根据滚石不同的回弹状态,提出基于入射角度变化的切向力模型;进一步,以切向接触理论和动能定理为基础,考虑碰撞过程中切向的摩擦耗能与变形耗能,推导了切向恢复系数的理论公式;最后研究入射速度、入射角、被撞击物体的变形模量对切向恢复系数的影响.结果表明:滚动回弹的切向恢复系数主要受切向变形量的影响;滑动回弹时,入射速度对切向恢复系数的影响参数为\begin{document}$ {v}^{\frac{1}{20}} $\end{document}
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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。 相似文献
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边坡落石灾害的颗粒流模拟方法 总被引：5，自引：0，他引：5
落石是边坡的一种常见的动力地质灾害。基于颗粒流理论,提出了落石灾害的二维的可视化模拟方法。通过颗粒流中不同参数的ball单元的组合模拟了各种形状和特性的落石体;通过wall单元的组合模拟坡面;选择ball-ball和ball-wall的接触刚度模型、粘结模型和滑移模型等接触本构模型来反映落石运动过程中落石岩块内部各部分和落石与坡面作用行为;实现了边坡落石灾害的二维可视化模拟。模型模拟出落石的自由落体、弹跳、滑动和滚动等运动形式、运动过程岩块的崩解;得到了落石的运动速度、位移等运动学参数。工程实例初步验证了该方法的可行性、合理性。 相似文献
10.
强震触发崩塌滚石运动特征研究 总被引：7，自引：0，他引：7
高强度、长持时汶川地震诱发大量边坡滚石,滚石源于岩体结构面切割而成的块体或岩土质边坡中尺寸较大的孤石。以汶川地震未扰动现场滚石痕迹的判识、测量取样及分析,得出强震作用下块体(石)是以一定初始速度抛射而出的; 其坡面运动表现为滑动、滚动、跳跃与3种方式的组合。选取2个典型强震崩塌点为例进行研究,基本结论:(1)与重力作用下崩塌滚石运动特征是有显著区别的,地震触发滚石具有一定的平抛速度,初始速度除与地震烈度有关外,还与地形地貌有关,其中变坡点、凸起点、端部速度较大; (2)滚石三边(长、宽、高)比例越接近,其运距越远; 坡面相对1/2高度以上,运动方式表现为跳跃-滚动、跳跃-滑动为主,其下滚石则以滑动、滚动运动为主; (3)规模(质量)大的滚石多停留于第一着地点附近或边坡坡脚宽缓地带,滚石运动消能方式为摩擦或碰撞解体; 滚石平台阻滞率为54％,树(灌)木拦阻率为12％。通过反演,计算了非弹性碰撞法向恢复系数Rn与切向恢复系数Rt,其中裸露基岩Rn=0.2,Rt=0.6,一般覆盖层Rn=0.3,Rt=0.8。滚石在运动过程中的弹跳理论高度在0.2~1.3m之间,坡面相对高差与最远滚动距离之比约为1/2。 相似文献
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冉永华 《地质灾害与环境保护》2019,30(2):52-57
重庆某高速公路边坡因岩层裂隙切割、岩体差异风化、岩体卸荷等原因,形成陡崖和危岩。陡崖上发育的危岩崩塌方向均为线路所在方向,严重影响线路安全,因此合理设置防护措施十分必要。由于落石属于概率事件,具有很强的随机性,所以其冲击动能、弹跳高度以及拦石网受到落石冲击时,拦石网与防护对象之间的安全距离难以准确确定。通过现场调查、理论分析、并利用rockfall软件对岩崩落石进行稳定性分析,设定危岩体的碰撞恢复系数、坡面摩擦角度和坡面粗糙度等参数,获得边坡潜在的落石坠落轨迹,为被动防护网的设计防护等级、高度和安装位置提供依据。 相似文献
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以远安县瓦坡崩塌区为例,通过地质调查、野外测绘、无人机航拍,建立了瓦坡崩塌区三维模型,基于Rockfall Analyst（RA）分析软件,实现了瓦坡崩塌区大量崩塌落石三维空间下运动路径、高度、能量等要素模拟,探究了崩塌区落石的三维运动特征,开展了崩塌区落石危险性评估,为崩塌落石的防治提供科学参考。研究结果表明:崩塌区危岩主要破坏形式为倾倒式,目前处于欠稳定状态;模拟落石三维运动轨迹与已有落石点基本重合,说明此次模拟结果与实际情况较为吻合;落石运动过程中以碰撞弹跳、自由飞落为主,落石主要集中在崩塌区下部冲沟及公路内,部分落石达到居民区,在崩塌落石区下部公路、冲沟及崩塌区右侧危险性较高;崩塌落石防治工程建议采用危石孤石清除+被动防护网,在公路内侧、斜坡下方分别设置5 m高和3 m高抗冲击力2 000 kJ的被动防护网,可有效拦截落石。 相似文献
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朝阳市位于辽宁西部低山丘陵区,近年来,崩塌落石地质灾害频繁发生,瓦房子镇团山子为典型的软硬岩接触导致的陡崖崩塌落石地质灾害。朝阳地区常用的崩塌地质灾害防护结构多为圬工结构,圬工结构存在材料用量大搬运困难、施工强度大、施工进度缓慢、原始生态环境破坏大、不美观等缺点。综合考虑瓦房子镇团山子崩塌的地质环境条件,分析崩塌地质灾害特征,通过多种治理方案比选,确定采用SNS被动防护系统治理。该系统克服了圬工结构的缺点,能够有效地拦截落石,在受力上具有以柔克刚的优点。通过对瓦房子崩塌落石运动轨迹计算,给出了一整套计算边坡落石运动轨迹的公式,为类似崩塌地质灾害治理方案选择及落石运动轨迹计算提供了参考。 相似文献
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康定地区多为深切河谷地貌,山坡陡峻,基岩裸露,崩塌落石多发,地震频发。为开展地震作用下崩塌运动特征和规律研究,以康定市郭达山危岩带为研究对象,采用颗粒流离散元软件(particle flow code in 2 dimension,PFC2D)模拟危岩带不同部位崩塌源(坡顶孤石、坡体上部碎裂岩体、坡体中部老崩塌堆积体、坡体下部块状危岩)在面波震级(surface ware magnitude,Ms) 8.0地震作用下的运动特征和破坏过程。研究结果表明: ①坡顶孤石质量越小越易启动,孤石越接近球形越易发生倾覆和滚动,沿临空面飞出后运动类型以坠落、碰撞、滚动为主,坡顶孤石的运动速率最大时达11.8 m/s; ②坡体上部碎裂岩体破坏过程可分为裂隙延伸贯通—启动坠落—碰撞解体—滚动堆积4个阶段,位于碎裂岩体上部的块石运动距离最远,达269 m; ③老崩塌堆积体块石自前向后形成碎屑流,沿坡面运动类型以滚动、碰撞为主; ④下部块状危岩运动特征为启动—滑动—挤压—解体—再滑动—再挤压—堆积; ⑤不同部位的崩塌在运动过程中块石会发生碰撞、摩擦、挤压、解体,快速消耗自身动能,导致运动距离和速率骤降。采用离散元模拟能够更全面更精细化的认识深切河谷区的崩塌,可为崩塌灾害的工程治理和山区城镇的防灾减灾提供科学依据。 相似文献
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通过模型实验,探讨了松散土坡3种不同结构特征条件下(均匀坡体(坡体物料均匀混合)、平行坡体(土层成层且层面与滑面平行)和斜交坡体(土层成层且层面与滑面斜交))形成滑坡堰塞体的动力过程和堆积特征,通过分区域取样及三维扫描技术研究了堰塞体的物质分布规律与形态特征。研究结果表明：堰塞体堆积特征与坡体特征存在紧密联系,堰塞体纵向(沿主沟道方向)和横向(沿滑坡运动方向)上的物质分布与坡体纵向和横向的物质分布特征基本对应;在垂向(表层到底部)上,由于不同坡体条件下滑坡的动力过程和机理不同,从而导致堰塞体堆积特征存在一定区别。均匀坡体和平行坡体呈整体启动模式,运动过程中物料间存在垂向渗透和交换作用,导致堰塞体物质在垂向上呈明显的上粗下细反粒序分布特征,堰塞体横剖面多呈平坦型和倾斜型。斜交坡体呈分层启动模式,运动堆积过程中保持原有层序,粗、细颗粒先后启动条件下颗粒间存在推挤、爬升和水平渗透作用,使得堰塞体更加密实且垂向上也呈现反粒序分布特征,横剖面多呈起伏型。本研究为滑坡堰塞体稳定性快速评估和复原滑坡初始状态提供依据。 相似文献
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岩土面上抗剪强度与破坏面位置 总被引：6，自引：2，他引：4
通过理论推导出在平面应变条件下岩土任意面上的抗剪强度通式和破坏时中主应力与大小主应力的关系,给出了破坏面位置与强度准则的一般关系。为岩土滑移面的确定提供了理论依据,对研究岩土强度准则具有指导意义。 相似文献
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循环荷载作用下边坡岩土体容易产生变形破坏,边坡各部位的破坏方式存在不同。基于数值模拟技术,建立2个不同高度的边坡模型,分析了坡肩处质点分别在10Hz垂向压缩和水平剪切循环荷载作用下的运动轨迹特征,并依据物体受力运动与变形之间的关系确定了坡肩潜在的破坏方式。研究表明: 2种加载方式下坡肩质点的运动轨迹均呈椭圆形,加载方式和坡高对坡肩质点的运动轨迹及边坡的潜在破坏方式都有一定影响。低边坡坡肩质点在垂向压缩循环荷载下主要表现为垂向振动,该处岩体发生拉破坏的可能性大; 在水平剪切循环作用下该质点主要表现为水平向振动,坡肩岩体发生剪破坏的可能性大。对高边坡而言,坡肩质点水平向与垂直向的振动幅值之差较低边坡坡肩质点的明显小,说明高边坡坡肩在这2种循环荷载最有可能产生拉剪破坏。 相似文献
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西南地区地形复杂,位于地震高发区域。为了进一步研究该区域地震作用下落石的运动特征,以我国九寨沟景区内荷叶寨后山危岩带2为例。首先研究危岩带2中单一危岩体在自重荷载下的失稳情况,分别采用RocFall和非连续变形分析方法(DDA)进行模拟,结果表明:DDA和RocFall的模拟结果相近。DDA中落石水平位移模拟结果为210.6 m,RocFall中大部分落石水平位移分布在205 m附近。鉴于RocFall的局限性,采用DDA方法继续研究地震作用下危岩体的密度、高度、体积和地震波峰值加速度等因素对落石运动特征如运动轨迹、水平位移和速度的影响规律,并监测落石在坡脚附近的最大弹跳高度。研究结果表明:(1)危岩带2所处边坡自然坡角范围为65°~75°,落石在坡面上加速,在高程约2292 m(与居民区相对高差约为132 m)处发生抛射,运动方式以滚动、碰撞、弹跳为主;(2)岩体软弱结构面的贯通时间随落石密度、体积以及地震波峰值加速度增大而减小;(3)峰值速度随边坡高度、体积及地震波峰值加速度增大而增大;(4)水平位移随落石密度、边坡高度及地震波峰值加速度增大而增大;(5)坡脚处落石最大弹跳高度随各因素变量增大而增大。继续研究内部存在节理裂隙的岩体(3条平行节理将危岩分为K1~K4部分)在地震荷载下的运动特征:(1)在地震荷载作用下,危岩沿节理面发生倾倒破坏,落石水平位移模拟结果为191.5~243.8 m;(2)落石在坡脚附近的最大弹跳高度范围为0~13.8 m。 相似文献