落石沖擊力計算方法研究.pdf

1、本文主要以模型試驗、理論分析和數(shù)值模擬方法，研究了落石沖擊力和落石沖擊歷時隨落石因素（落石質(zhì)量、落石形狀、落石下落高度）和緩沖墊層因素（墊層種類、墊層厚度、墊層密實度）的變化規(guī)律。并基于沖量定理，建立落石沖擊力計算模型。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　1.落石沖擊力大小的影響因素及變化規(guī)律的模型試驗研究
　　落石因素。落石沖擊力隨著落石質(zhì)量的增大而增大，沖擊力隨著落石下落高度增加而增大。兩者呈正相關(guān)性。形狀方面，正方體落石沖擊

2、力最大，長方體次之，球體最小。
　　墊層厚度因素。墊層厚度和沖擊力呈負(fù)相關(guān)，隨著墊層厚度的增加，落石沖擊力減小，但落石沖擊力減小的趨勢越來越弱。理論上，墊層厚度的加大有助于落石沖擊力的減小，但同時也增加了防護結(jié)構(gòu)自身的重力。墊層厚度的設(shè)置，應(yīng)考慮落實下落高度和落石直徑的大小。
　　墊層密實度因素。密實度對沖擊力大小影響顯著，落石沖擊力隨著墊層密實度的加大明顯增加，但隨著密實度的增加，落石沖擊力增大的趨勢逐漸放緩?？呻S著落石沖

3、擊動能的加大，由于墊層密實度不同引起的落石沖擊力不同會逐步減弱。在工程實際中，不要采用分層碾壓的方式處理緩沖墊層，而應(yīng)使其保持在蓬松狀態(tài)，自然堆砌。
　　墊層材料因素。對于文中的四種不同材料復(fù)合墊層設(shè)置下的落石沖擊力，表現(xiàn)為:橡膠板復(fù)合墊層下落石沖擊力最大，沙墊層復(fù)合墊層和土工格柵復(fù)合墊層居中，EPS復(fù)合墊層最小。
　　2.落石沖擊歷時大小的影響因素及變化規(guī)律
　　落石因素方面，落石沖擊歷時隨著落石質(zhì)量的增加而減小，但

4、減小幅度有限，并最終趨于穩(wěn)定;沖擊歷時隨著高度的增加而減小，并最終趨于穩(wěn)定;正方體落石相對于長方體落石和球體落石，沖擊歷時小。
　　墊層因素方面，沖擊歷時隨著墊層厚度的增加而減小，呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系;墊層的密實度對落石沖擊歷時影響顯著，隨著密實度的增加，落石沖擊歷時減小，并趨于穩(wěn)定;墊層材料的不同雖然對沖擊力有影響，但對沖擊歷時影響并不明顯，呈不規(guī)律、小幅度變化。
　　適當(dāng)延長落石沖擊歷時有利于防護結(jié)構(gòu)的抗沖擊效能，從墊層因素出

5、發(fā)，可以適當(dāng)?shù)脑黾泳彌_墊層厚度，讓緩沖墊層盡量保持蓬松狀態(tài)，并可用EPS輕量混合土替代緩沖沙墊層。
　　3.落石沖擊力計算
　　(1)基于模型試驗結(jié)果，考慮落石因素和墊層因素，擬合得到落石沖擊歷時的計算公式。
　　(2)基于沖量定理，考慮落石的反彈、重力項建立了落石沖擊力計算公式。利用沖擊力放大系數(shù)建立最大沖擊力和平均沖擊力的關(guān)系。
　　(3)利用實測的落石沖擊力反算得到試驗范圍內(nèi)的沖擊力放大系數(shù)取值曲線。

6、>　　(4)對比分析本文公式和現(xiàn)有常用沖擊力計算式，當(dāng)徑厚比（落石直徑與墊層厚度比）較小時，本文算法結(jié)果偏小;當(dāng)徑厚比（落石直徑與墊層厚度比）較大時，本文算法結(jié)果偏大，并有越來越大的趨勢。當(dāng)緩沖墊層太薄，落石下落沖擊緩沖墊層時，防護結(jié)構(gòu)上覆墊層被壓密，導(dǎo)致落石與緩沖墊層呈半剛性接觸，進而使落石沖擊歷時急劇減小，落石沖擊力顯著增大。本文公式較好的吻合了這一現(xiàn)象。
　　4.用數(shù)值模擬方法，足尺模擬落石下落沖擊緩沖墊層。對擬合出的落石沖