滚石冲击荷载下垫层材料的动力响应研究.pdf

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1、第32卷第1期2015年1月公路交通科技JournalofHighwayandTransportationResearchandDevelopmentVoL32No．1Jan．2015doi：10．3969／j．issn．1002-0268．2015．01．008滚石冲击荷载下垫层材料的动力响应研究向波1，何思明2，(1．四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院，四JII环境研究所，四Jl庄卫林1，王东坡2成都610041；2．中国科学院水利部成都山地灾害与成都610041)摘要：棚洞垫层结构能有效地耗散滚石冲击能

2、量，大幅度降低滚石冲击力，是滚石防护棚洞设计的关键参数。本文以Hertz接触理论为基础，考虑棚洞土垫层的弹塑性特性，运用动力有限元数值仿真技术，研究了滚石法向冲击荷栽下耗能垫层结构，分析了滚石冲击速度、半径对垫层土体动力响应规律的影响，为棚洞垫层结构优化设计提供理论依据。计算结果表明：按照完全弹性理论计算过高地估计了滚石冲击力；滚石冲击能量主要转化为土垫层的塑性变形；土石垫层结构能有效地吸收滚石冲击能量，大大降低滚石对棚洞结构的冲击力。关键词：道路工程；动力响应；数值模拟；滚石；法向冲击；弹塑性；回弹中图分类号：

3、TU435文献标识码：A文章编号：1002—0268(2015)01—0045—05ResearchonDynamicResponseofCushionunderRockfallImpactXIANGB01，HESi—min92，ZHUANGWei．1inl，WANGDong．p02(1．HighwayPlanning，SurveyandDesignResearchInstitute，SiehuanProvincialTransportDepartment，ChengduSichuan610041，China；2

4、．InstituteofMountainHazardsandEnvironment，ChineseAcademyofSciences，ChengduSichuan610041，China)Abstract：’rhecushionofrockshedcaneffectivelydissipateimpactenergyandgreatlyreduceimpactforceofrockfall，whichisthekeyparameterforoptimaldesigningofrockfallprotection．

5、Consideringtheelastic-plasticpropertyofthecushionmaterials，basedontheHertzcontacttheoryandusingthedynamicfiniteelementnumericalsimulationtechnology，westudiedtheenergydissipationcushionstructuresunderrockfallnormalimpactload，thenweanalyzedtheeffectofimpactvelo

6、cityandradiusofrockfallondynamicalresponseofcushion，whichprovidesatheoreticalbasisforstructureoptimizationdesignofcushionofrockshed．f11lecalculationresultshowsthat(1)thevalueofimpactforcecalculatedbycompleteelastictheoryisoverestimated；(2)theimpactenergyismai

7、nlyconvertedtoplasticdeformationofsoilcushion；(3)thecushionstructureCaneffectivelyabsorbtheimpactenergyofrockfallandgreatlyreducetherockfallimpactloadontherockshed．Keywords：roadengineering；rockfall；normalimpact；elastic·plastic；restitution；dynamicresponse；nume

8、ricalsimulation0引言滚石是个别块石因某种原因从地质体表面失稳后经过下落、回弹、跳跃、滚动或滑动中的一种或几种组合运动方式沿坡面快速下移，最后在平缓地带或障碍物附近静止下来的一个动力演化过程。当滚石运动范围内有人类活动或构筑设施并引起一定损失时，就构成滚石灾掣1

9、。我国西部山区起伏陡峻，地质条件复杂，构造运动强烈，气候复杂多变，山体破碎，导致滚石灾害频发，对