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滚石冲击力测试研究 总被引：4，自引：0，他引：4
以国内外代表性滚石冲击力计算方法为基础,针对冲击力的影响因素,设计了一套滚石冲击力测试装置。通过试验设计,选取不同的滚石质量、冲击速度、入射角度、缓冲材料性质及厚度等影响因素,获得冲击力变化规律。结果表明：最大冲击力随滚石重量的减小或冲击速度的降低而逐渐减小,2 cm厚度缓冲层比直接冲击时减小了90%左右,缓冲效果明显。同时最大冲击力随着入射角度的变小而降低,但入射角度越小,冲击力值降低的幅度越小。结合冲击试验结果,通过冲击力计算方法对比分析,建立了可用于各影响因素的最大冲击力计算方法,验算表明误差很小。研究结果可为滚石灾害的防治设计提供参考依据。 相似文献
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强震触发崩塌滚石冲击耗能损伤是防护工程设计的重要指标。为探索冲击过程中滚石耗能损伤演化过程,采用热力学定律分析了冲击过程中能量的传递与耗散,通过定义冲击耗能损伤因子D、Dmax,建立了滚石冲击耗能损伤理论模型与适用模型。结合工程实例,反算极限冲击力对模型进行论证与分析,提出模型的推广应用。结果表明:滚石冲击耗能损伤过程满足热力学第一定律,能量主要贡献于防护工程弹塑性势能的积聚,Dmax受滚石质量、弹性模量、抛射初速度、最大冲击力、有效作用面积等的影响;最大冲击力持续增加,极限冲击耗能损伤因子增大,达到线性函数与抛物线函数图像交点C（1031 kN,0.9965）时曲线出现拐点。模型推广得到广义范围下的冲击耗能损伤演化函数曲线,冲击耗能损伤全过程在损伤响应、损伤线性、损伤渐进三个阶段的临界位置出现2次损伤拐点;随滚石质量增加,最大冲击力增大,极限冲击耗能损伤因子曲线先呈抛物线减小,再呈线性增加,最后呈抛物线逐渐增加直到无限趋近于1。从能量角度定量分析其损伤本质,对探究滚石运动过程能量耗散机制及防护工程的设计具有重要意义。 相似文献
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《地质灾害与环境保护》2020,(2)
落石冲击力影响因素研究对落石灾害防治意义重大。基于室外设计的落石冲击试验,开展不同重量落锤在不同冲击高度和不同缓冲层厚度下的冲击力研究。试验结果表明,落石最大冲击力与速度之间符合幂函数关系,而与落石重量呈线性相关,随缓冲层厚度增大,冲击力减小。考虑缓冲层效能效应,根据实测数据拟合得到了防护结构表面的有效冲击力计算方法。综合比较其他学者的研究成果,分析了各种模型之间的差异性,显示本文研究结果可用于崩塌落石灾害防治设计时参考。 相似文献
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滚石冲击荷载下棚洞结构动力响应 总被引：5，自引：0，他引：5
钢筋混凝土棚洞结构是西部滚石灾害多发区最为有效的滚石防护结构,一般通过在棚洞顶部铺设一定厚度的砂砾石垫层来达到缓冲吸能的目的。在棚洞结构设计中,确定滚石冲击力大小是关键,而目前国内外尚无合理的计算公式,严重地影响了滚石棚洞结构工程应用。由于滚石冲击能量大,冲击时间短暂,涉及到结构大变形和复杂的能量转换关系,因而滚石冲击荷载下棚洞结构的动力响应研究难度较大。以实际滚石棚洞结构为原型,采用动力有限元对滚石冲击过程进行了数值仿真,研究滚石在不同冲击角度下棚洞结构的动力力学响应,为滚石防护工程设计提供理论基础。 相似文献
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钢筋混凝土（RC）板与一定厚度的土颗粒缓冲层组合结构被广泛用于山区高位单体及群发性崩塌落石的防治,为研究此类防护结构在落石作用下的冲击力衰减规律及RC板的破坏模式,开展了室外系列落石冲击试验。结果表明,增大缓冲层厚度能够有效减小最大冲击力,峰值加速度随缓冲层厚度减小而增大,尤其在缓冲层厚度为0.1 m及0.2 m时,最大值急剧增大,峰值加速度与缓冲层厚度的变化满足指数函数关系;根据量纲分析原理得到缓冲层最大冲击深度与动能的平方成正比、与最大入射冲击力成反比的计算公式,且与实测值较吻合;入射冲击力在缓冲层内的衰减率随缓冲层厚度的增加以指数函数递增,在0.6 m缓冲层厚度下可使峰值冲击力衰减70%左右;随累积冲击能级的增大,RC板经历了弯曲起裂及扩展、次级弯曲裂纹和剪裂纹产生及跨中弯曲裂纹贯通的过程,试验结束时RC板整体表现出典型的弯曲破坏特征。 相似文献
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滚石冲击荷载下棚洞钢筋混凝土板动力响应研究 总被引：2，自引：0，他引：2
我国西部地区地势复杂,高山峡谷众多,特殊的地质地貌发育了大量滚石山地灾害,严重威胁山区人民的安全。一般认为,采用棚洞结构进行滚石灾害防治是最为有效的工程措施,然而,滚石对棚洞的冲击是一个复杂的动力过程,尤其表现在滚石与棚洞顶板的瞬态接触过程中。而目前国内外对此缺乏合理的计算方法,严重制约滚石棚洞结构的工程应用。为此,结合Olsson为求解正交各向异性复合板冲击问题所提出的动力控制方程,针对目前接触准则给出的接触定律与实际往往不符所带来的缺陷,通过引入数值压痕试验手段,提出了一种滚石冲击钢筋混凝土（RC）板动力响应问题的理论方法。结合算例,将该方法与Herzt理论解、动力有限元解进行了比较,结果表明：Herzt弹性理论解未考虑结构塑性变形影响,导致滚石冲击力偏大;而该方法得到的理论解与动力有限元计算结果较为接近。该方法不仅可用于滚石冲击荷载下棚洞RC板动力响应分析,同时为压痕试验在土木工程中的应用提供了一种有效的数值分析方法。 相似文献
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山区输变电工程崩塌随着国家“一带一路”和“全球能源互联网”战略的构建和实施,山区复杂地质环境条件下的输变电工程建设越来越多。然而,现阶段对于输变电工程崩塌（滚石）灾害识别、预测和评价方法等方面的研究相对较少,难以有效解决山区崩塌（滚石）灾害频发与输变电工程安全建设、运营之间不断增长的矛盾。鉴于此,作者借助航空遥感、无人机航测、岩体结构分析工具、崩塌（滚石）运动数值模拟软件等新技术方法等,对山区输变电工程中崩塌（滚石）灾害识别与预测方法等开展了相关研究。提出:（1）基于区域工程地质分区-区段遥感分析-山体无人机航拍-岩体结构特征分析的思路,实现对长距离、大区域山区输变电工程的崩塌（滚石）危岩体快速识别和分析;（2）利用三维崩塌（运动）模拟方法快速识别崩塌（滚石）在杆塔（变电站）范围的到达情况,然后再利用多种方法对比确定能到达杆塔（变电站）范围内崩塌（滚石）的冲击特征;（3）山区输变电工程崩塌（滚石）灾害风险计算方法。 相似文献
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斜坡滚石运动速度特征与坡表覆盖层特征、滚石形状、坡面角度、滚石质量等主要因素有关,选择不同坡表覆盖层,对不同形状、质量的滚石,采用低角度直线坡段设计正交试验（L27（34））,研究斜坡滚石滚动状态下速度特征。分析得到滚石斜坡运动影响因子排序:坡表特性X1、坡角X3、滚石形状X2、滚石质量X4。回归分析得出斜坡滚石运动估算速度公式:vc=-7.85X10.50+0.47X23.22+2.97X30.24,与试验实测值进行对比,得出相对误差为8.2%,相关系数为r=0.92。利用回归方程分析单因素的影响趋势,结果表明:坡表特征与速度有明显线性负相关关系、滚石形状与速度呈上凹型曲线、坡角与速度呈下凹型曲线的数学关系。通过现场试验,实测得到斜坡滚石速度计算简化修正公式v=v0+(L/2.45) vc,对比验证与实测结果吻合较好,证明了本文计算公式对于总体平直、角度局部变化的直线型斜坡的适用性和有效性。所得成果可估算斜坡滚石的速度与冲击能量,对滚石防治措施的选择有参考价值。 相似文献
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位于川藏公路安久拉山南麓的门式防滚石棚洞,在路边高陡边坡滚石冲击下已严重损坏,滚石冲击产生的巨大冲击力导致棚洞纵梁、顶板、梁柱连接处等应力集中部位发生破坏,且滚石冲击后大量堆积在棚顶成为永久荷载。在现场通过卷尺测得棚洞结构尺寸,使用测距仪测得棚顶堆积滚石的最大粒径D=1 m,滚石的最大下落高度H=20 m。为解决门式棚洞存在的安全问题,提出在棚顶设置凹槽并在槽内铺设厚度为10~70 cm、向外坡度为6°的橡胶垫层对原结构进行改造。借助LS-DYNA动力有限元软件按实际尺寸分别建立改进前后的棚洞有限元模型,并模拟改进前后棚洞在滚石冲击最不利工况（H=20 m,D=1 m）下棚洞结构的动力响应,通过数值模拟结果的对比来验证改进后棚洞的受力性能,研究结果发现:改进后的棚洞相对于原棚洞,最大等效应力减小72%、棚顶最大挠度减小45%、落石冲击力减小62%、滚石堆积在棚洞顶板的概率显著降低,说明在棚顶设置起坡橡胶垫层的措施可有效解决目前门式棚洞存在的安全问题。 相似文献
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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
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三峡库区香溪河段典型滑坡变形特征分析 总被引：2，自引：0，他引：2
本文从坡形采集入手,对三峡库区香溪河段蓄水后发生变形的滑坡进行归纳统计。统计表明,近水库岸坡为凸形的滑坡更容易发生变形。对香溪河段典型滑坡进行了长期地表位移监测,获得八字门滑坡和白家包滑坡的变形曲线为台阶状,耿家坪滑坡的变形曲线为脉动形。近库水微地貌为凸岸,滑体物质为老滑坡堆积物的滑坡变形曲线为台阶状,变形具积累性;近库水微地貌为凹岸,滑体物质为崩塌堆积物的滑坡变形曲线为脉动形,变形具“弹性”。 相似文献
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颗粒形状是影响碎石料密实特性及力学、渗流特性的因素之一。选取粒径为2～5 mm和5～10 mm的两组灰岩碎石颗粒样本作为研究对象,采用影像测量仪和特制夹具,获取不同旋转角度下的颗粒轮廓影像;使用图形处理软件获得颗粒几何尺寸测值;计算获得各旋转角度下常用颗粒形状评定参数值,运用其平均值进行统计分析,避免了依据单一角度测值评定伴随的人为因素影响。结果表明,灰岩碎石颗粒与标准圆有较大差异, 且粒径大者差异性更明显;两组样本颗粒形状参数均服从偏态分布;长宽比、扁平度和球形度能够更敏感地反映颗粒偏离球形颗粒的程度,而长宽比和球形度便于获取,因而更具优势。 相似文献
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砂土颗粒形状量化及其对力学指标的影响分析 总被引：2，自引：0，他引：2
砂作为一种特殊的散体材料,其宏观物理力学性质,如密实度、剪切特性（临界状态角,剪胀角）、压缩性及颗粒破碎特征等均受到颗粒形状的影响,目前为止,对于砂粒土颗粒形状的量化工作,未到达成熟阶段。试验采用普通光学显微镜获取3种不同砂颗粒及一种相似材料（玻璃球）数字图像,利用ImageJ图形软件对其进行黑白二值化处理,获取颗粒形状轮廓边界;从3个层次定义颗粒形状参数,并利用java语言编制形状量化插件程序,计算砂粒各形状参数值,最后通过相对密度试验、直剪试验测试不同砂样的极限孔隙比、剪切强度指标。试验结果表明：整体轮廓系数、球形度、棱角度3项形状参数可作为不同砂粒形状鉴别和量化的关键参数,且与剪胀角、临界状态摩擦角均具有良好的相关性,试验提供了一种量化砂颗粒形状的有效方法,并可将得到的关键量化参数应用到宏观力学性质分析与数值模拟工作中 相似文献
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为了研究颗粒形状特征对砂土剪切模量的影响,选取4种形状不同的砂样（福建标准砂和人工石英砂）作为研究对象,通过扫描电镜获取其颗粒微观图像,使用Image Pro Plus软件和自编Matlab程序提取试样颗粒的形状特征。采用改进的半径角和轮廓指数综合描述颗粒偏离圆或椭圆的程度以及棱角变化程度,并基于这两个参数提出颗粒形状因子来综合表征颗粒的形状特征。之后在K0条件下通过弯曲元试验获得不同竖向荷载对应的4个试样的剪切模量,试验结果表明,砂土颗粒的形状因子与砂土的剪切模量具有良好的相关性。最后基于Hertz-Mindlin接触模型,推导出引入形状因子的砂土剪切模量理论计算公式,该计算公式与实测值吻合良好。 相似文献
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Sharif Ahmed John Harkness Louis Le Pen William Powrie Antonis Zervos 《国际地质力学数值与分析法杂志》2016,40(5):713-737
The paper describes the development of a technique to simulate triaxial tests on specimens of railway ballast numerically at the particle scale and its validation with reference to physical test data. The ballast particles were modelled using potential particles and the well‐known discrete element method. The shapes of these elemental particles, the particle size distribution and the number of particles (N = 2800) in each numerical triaxial specimen all matched closely to the real ballast material being modelled. Confining pressures were applied to the specimen via a dynamic triangulation of the outer particle centroids. A parametric study was carried out to investigate the effects on the simulation of timestep, strain rate, damping, contact stiffness and inter‐particle friction. Finally, a set of parameters was selected that provided the best fit to experimental triaxial data, with very close agreement of mobilized friction and volumetric strain behaviour. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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《Sedimentology》2018,65(5):1761-1776
Grain shape plays an important role in textural analysis of sedimentary grains. Textural analysis helps to determine the formation, transportation and deposition processes of sedimentary rocks. However, there is a lack of standardized methodology for quantitative characterization of grain shapes. The utility of fully automated image analysis for grain shape measurement is assessed in this paper. This research aimed to identify the most useful shape parameters for textural characterization of populations of grains and determine the relative importance of the parameters. A key aspect of this study is to determine whether, in a particular sedimentary environment, textural maturity of the samples can be ranked based on their grain shape data. Furthermore, discrimination of sedimentary depositional environments is explored on the basis of grain shape. In this study, 20 loose sediment samples from four known depositional environments (beach, aeolian, glacial and fluvial) were analysed using newly implemented automatic image analysis methods. For each sample, a set of 11 shape parameters were calculated for 200 grains. The data demonstrate a progression in textural maturity in terms of roundness, angularity, irregularity, fractal dimension, convexity, solidity and rectangularity. Furthermore, statistical analysis provides strong support for significant differences between samples grouped by environment and generates a ranking consistent with trends in maturity. Based on novel application of machine learning algorithms, angularity and fractal dimension are found to be the two most important parameters in texturally classifying a grain. The results of this study indicate that textural maturity is readily categorized using automated grain shape parameter analysis. However, it is not possible to absolutely discriminate between different depositional environments on the basis of shape parameters alone. This work opens up the possibility of detailed studies of the relationship between textural maturity and sedimentary environment, which may be more complicated than previously considered. 相似文献
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筑坝堆石料由于尺寸较大,必须对其按一定比例缩尺后才能用来开展室内三轴试验。但缩尺前后颗粒形状难免会有差异,如何评价颗粒形状变化对堆石料变形特性的影响是十分重要的。引入了高精度的三维激光扫描技术对紫坪铺面板坝筑坝堆石料2.5～5、5～10、10～20 mm以及20～40 mm 4个粒径组的颗粒进行了空间形状分析,在此基础上进一步开展了单一粒组的三轴试验,研究了4个粒组的颗粒形状指标与颗粒破碎率的相关性。试验表明,紫坪铺堆石料颗粒破碎率随着其平均球度的增加而减小,并且呈近似半对数线性关系;随着围压的增加,颗粒形状对颗粒破碎的影响逐渐减弱,颗粒强度的影响逐渐增大。紫坪铺堆石料的颗粒强度随着颗粒尺寸的增加逐渐减小,但其破碎率反而随着颗粒尺寸的增加而逐渐减小,主要是因为试验所采用的紫坪铺堆石料颗粒尺寸越小时,其形状越不规则。因此,研究缩尺效应对颗粒破碎率的影响时,要同时考虑颗粒尺寸和颗粒形状。 相似文献
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P.T.L. Koh F.P. Hao L.K. Smith T.T. Chau W.J. Bruckard 《International Journal of Mineral Processing》2009,93(2):106
The effect of particle shape on the flotation process has been investigated in laboratory experiments with monosized spherical ballotini and ground ballotini. The particles were treated by partial methylation with trimethylchlorosilane to achieve varying degrees of hydrophobicity. In flotation, the process of film thinning and liquid drainage is critical in the formation of stable bubble–particle attachments and this is affected by the particle shape and surface hydrophobicity. Flotation tests with different particle sizes were conducted in a modified batch Denver cell. Predictions from a computational fluid dynamic model of the flotation cell that incorporates fundamental aspects of bubble–particle attachment were compared with data from flotation tests. Contact angles of the particles were measured using a capillary rise technique to indicate surface hydrophobicity. Ground ballotini generally has higher flotation rates than spherical ballotini; the results are consistent with effects from faster film thinning and rupture at rough surfaces and are well correlated by the sphericity index. 相似文献