滚石与桥墩碰撞的数值仿真分析

利用有限元方法对滚石与桥墩的撞击进行了初步研究,重点分析了滚石与桥墩发生正碰的情况.运用大型结构分析程序,研究了碰撞过程中桥墩的动力响应,得到了撞击力随滚石质量和速度的变化关系.     

桥墩防落石碰撞柔性设计方法及分析

基于动力学基本原理,从非线性、接触以及本构关系计算理论建立落石-桥墩防撞物柔性碰撞精细化计算模型,并对关键计算参数给出建议取值.利用钢结构柔性变形吸收落石碰撞能量,提出一种桥墩防落石碰撞柔性设计方法,并详细给出该防落石碰撞构造措施的结构组成形式.利用ANSYS/LS-DYNA动力分析计算程序,考虑几何、材料双重非线性,精细化数值仿真计算落石撞击防撞物的动态全过程,以一个偏安全的极限碰撞状态,分别从运动行为(撞击力、位移、速度、加速度)以及能量转换(系统动能、系统变形能)角度进行计算结果与数据分析,证明所提出的柔性防撞设计思路以及防撞措施的合理性与优越性.     

高速铁路滚石侵限自动监测系统开发初步探讨

开展高速铁路滚石侵限自动监测技术研究对山区铁路的运营安全具有重要意义.研究认为,结合光纤光栅传感技术与被动柔性防护网、防护栅栏等开发滚石侵限自动监测系统是解决这一课题的一种有效途径.开发适宜的新型传感器、确定监测系统的预报模型与报警触发条件是系统开发的关键技术,而滚石试验是系统开发的重要手段.     

边坡滚石破坏及防护技术研究

为了有效防治高速公路边坡发生岩石滚石破坏,基于能量守恒定律建立了边坡滚石飞落模型,综合考虑边坡坡型、地面摩擦因数等因素推导了岩石滚落轨迹方程,并根据所建立的模型计算出滚石水平运动距离及滚石在防护栏处的撞击能,从而提出合理的道路防护方式.研究结果表明:滚石撞击坡面后的水平运动距离小于撞击点到公路路缘的水平距离,滚石飞落至地面的撞击能为142 kJ,设计采用型号为AXI-015(防护能级为150 kJ)的被动防护网,可对高速公路坡面滚石灾害进行有效防护.     

数值分析在岩质高边坡设计中的应用

岩质高边坡的性质不同与土质边坡,其设计考虑因素也不同于土质边坡。岩质边坡的稳定性常为岩体内结构面的组合等因素所控制,在设计中可以用楔形体稳定方法分析坡体局部岩块的稳定性,而以岩质坡体作为均质体,用搜索最不利（优化）圆弧滑面的方法得到的稳定计算结果仅作为设计的参考。由于高边坡坡面高度较高,坡体内应力,开挖后坡体变形和坡面滚石等问题也应该是岩质高边坡设计的重要考虑方面。高边坡坡体内应力,开挖后坡体变形问题可以采用有限元按照不同的工况进行分析,查明坡体内的应力分布,避免坡体局部破坏和坡面位移过大,从坡体的应力应变角度保证坡体的稳定性。坡面滚石等问题也应该是岩质高边坡设计的重要考虑方面。滚石滑落路径分析可以采用弹射算法和滑动算法结合随机分析的方法来模拟。根据滚石路径的模拟结果,通过改变坡面的形状和性质条件或设置防护网等措施来防止滚石对公路和车辆的危害。     

滚石冲击钢筋混凝土板的弹塑性动力响应研究

滚石冲击钢筋混凝土板过程伴随复杂的能量转化,基于经验或Hertz接触理论的传统钢筋混凝土板抗冲击设计与实际状况有较大出入.为探索一种更加高效准确的滚石冲击响应计算方法,引入Olsson针对正交各向异性复合板提出的冲击动力控制方程,结合弹塑性接触理论开展滚石冲击钢筋混凝土板动力响应分析,并与Hertz解及动力有限元解进行对比,结果表明:相同条件下,Hertz理论解由于仅考虑板的弹性变形,其峰值冲击力较弹塑性理论解和动力有限元解分别增大31.8%和77.1%,其最大压痕深度较后两者分别增大17.3%和61.8%,而基于弹塑性接触准则的冲击动力响应更加接近于动力有限元解,趋于真实,且避免了复杂建模过程,高效可行.      

芦山地震灾区王家后山典型滚石运动特征研究

在芦山地震灾区滚石调查中发现,高陡斜坡若存在平台或近似平台,滚石危害会降低很多,因此可以考虑采用平台来作为滚石的一种防治措施。在对芦山地震灾区王家后山典型滚石运动轨迹进行分析计算的基础上,研究滚石在平台前后的运动轨迹和冲击力变化,结果表明:典型滚石在经过平台位置后,弹跳高度、冲击力以及动能都显著降低。     

滚石运动模拟分析与危险性评价

随着公路在山区的建设和使用,危岩体不断地威胁着公路的安全使用。以茂县渭门乡危岩体为例,运用Rockfall软件对滚石的运动轨迹、冲击动能进行模拟,并通过赫兹碰撞理论、质点弹性理论接触问题两种计算方法,分析和求解滚石对行车的最大冲击力;从而得到滚石下落的落点区域主要集中在公路上、滚石下落到公路区域时的动能以及滚石撞击汽车时最大冲击力,综合判定危岩体对公路安全使用造成的危害,必须采取有效措施加以防治,确保安全。     

地震诱发崩塌滚石的运动特性及防护研究

地震是造成崩塌滚石灾害的诱因之一。以青川某崩塌滚石灾害为例,运用DDA方法,对地震诱发斜坡危岩破坏,发生崩塌滚石的运动过程进行了模拟及研究。结果表明:地震诱发的危岩体因地形及高程产生放大效应时,破坏加剧,运动能力增强;崩塌滚石运动主要以滑动、滚动、跳跃为主;坡面摩擦增大时,能够显著限制滚石的运动能力;DDA方法能够模拟崩塌滚石的运动路径,可以为防护结构的设置位置提供依据。     

基于3-D DDA的高速公路隧道出口边坡滚石灾害防治措施研究

近年伴随着滚石灾害的频繁发生,人民生命财产受到严重威胁,应加快对其防治措施的研究。以猴屿隧道为例,基于三维DDA模拟风化花岗岩危岩体形成的滚石在其出口边坡上的下落轨迹和冲击特性。运动轨迹及冲击荷载结果表明,危岩区上边缘部分高位滚石到达防护网位置时速度大于20 m/s,弹跳高度超过4 m,冲击荷载大且可能翻越防护网,危及洞口安全,单独在坡脚处的工程措施很难完全防治从边坡上缘右侧的滚石。建议在隧道施工前对危岩体采取以下处治措施：(1)对于上边缘右侧的危岩体和孤石,体积小于2 m³的直接清除,体积大于2 m³的控制爆破炸碎后清除;(2)对于嵌入山体内无法清除的不稳定岩体,对表层危石进行清除,直至无法清除后,进行裂隙注浆+锚固+防护网加固;(3)对于上边缘左侧无法清除的大体积危岩体和孤石,根据孤石形态与嵌固特点采用片石混凝土嵌补、锚杆混凝土基座嵌固和主动防护网等方式进行加固;(4)在上述措施基础上,可以采用被动防护网拦截剩余小体积滚石。