冷竹关水电站开关站谷坡落石防护

冷竹关水电站开关站谷坡落石灾害严重威胁电站正常输电，整治灾害刻不容缓。根据站址地形环境条件，利用拦截建筑进行被动防护较为经济合理。在落石冲击力、腾越高度计算和拦截结构强度、工程量验算的基础上，对拦石网、拦石栅、拦石墙三种拦截形式进行整治方案比选评估。在抗冲消能性能、工程量、工期、耐久性和可靠性等方面，新型拦石网均能较好地符合要求。整治方案推荐了SNS柔性防护体系新技术，辅以障桩控制落石启动及运动，实施后效果良好。     

鄂西山区崩塌落石运动特征及危险性分析

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。     

地震荷载下危岩运动特征的模拟研究

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。     

利用废旧轮胎防治滚石的数值模拟分析

为克服传统刚性拦石结构体系,刚性过大,受落石冲击易破坏,场地适应性差等缺点,设想将汽车废旧轮胎堆栈于刚性拦石结构前,形成一种刚柔并重的结构体系。利用废旧轮胎的弹性和韧性缓解落石的冲击力,从而提高传统刚性拦石结构体系防护落石的能力。并通过利用LS-DYNA有限元软件对废旧轮胎在落石冲击作用下的耗能性能进行了分析,计算结果表明废旧轮胎具有较好的吸能效果,对提高刚性拦石结构体系的防护能力有很大的帮助。     

落石冲击被动防护系统能量衰减规律分析

介绍了被动防护系统的基本原理,建立了RXI-050型被动防护系统的有限元模型,采用LS-DYNA软件分析了不同直径、不同初始动能的落石冲击被动防护系统时落石能量衰减规律。分析结果表明:落石冲击被动防护系统反弹时,在初始动能相同时,落石能量随直径增加衰减时间变长;当落石穿透被动防护系统时,在落石尺寸相同时,随着初始动能增加,落石能量衰减值减少,衰减时间变短。该结论可以为被动防护系统改进提供一定的参考,也可为落石防护设计提供依据。     

基于弹塑性修正Hertz接触理论的落石冲击力计算方法

本文以弹塑性修正的Hertz接触理论为基础,考虑落石冲击缓冲层过程的复杂性和缓冲层厚度的影响,结合路基规范方法的落石冲击深度公式,得出落石最大冲击力计算方法。以日本道路公团方法计算结果上浮40%为基准值,引入参数影响系数ζ,拟合出参数影响系数ζ多项式函数,采用S.Kawahara等教授的试验结果,对杨其新方法进行修正,拟合出其高值(h=0.5m)与低值(h=3.0m)比值的多项式函数。本文方法与陈氏方法进行比较得知:陈氏方法的最大冲击力低值稍高于本文方法,其范围为1.05～1.02(H=5～30m)。运用布西涅斯克解,推导出了落石冲击荷载作用于拦石墙背部的附加应力计算公式,为拦石墙构筑物的结构设计打下了理论基础。     

危岩拦石墙计算方法研究

拦石墙是危岩主要的被动防治技术之一。通常布设在陡崖或陡坡脚前适当部位。而布设在陡崖或陡坡脚前的距离及自身高度、宽度等结构尺寸均应通过计算确定，但计算理论迄今尚未完善。作者将危岩落石作用于拦石墙的传力机理概化为落石→堤→桩及板→地基的传力过程。落石作用于挡土墙后在挡土墙内的扩散范围为一锥体，建立了落石对拦石墙的冲击力及其在土堤内部扩散的计算方法，量化了落石在墙体内的冲击深度及扩散角，即锥体的高度及顶角张开度。将拦石墙土埕等效为连续土板，则可将拦石墙概化为连续桩板结构并将冲击力均布作用于扩散锥：据此便可运用结构力学方法进行拦石墙内力计算。运用论文建立的拦石墙计算方法在三峡水库区万州太白岩实施了3km长的示范工程。多次随机落石事件显示了该结构的可靠性及有效性。     

落石冲击荷载作用下的桩板拦石墙结构动力响应

桩板拦石墙是针对2008年"5·12"汶川震区高陡斜坡带高位落石灾害难以实施主动加固,而在拟设拦挡部位所采用的一种被动防护措施,适用地形坡度介于25°~35°。为研究此类桩板结构在落石冲击荷载下的动力响应,采用有限元与无限元耦合进行数值模拟,结合经典弹塑性理论,系统分析了桩板拦石墙在不同冲击工况下弹塑性加载与卸荷回弹过程中冲击力、贯入深度、结构耗能效果等特征参量,明确了结构的抗冲击特性。结果表明,本文采用的"无限元"边界可以有效地减小应力波在人工截断边界处反射造成的误差。在冲击速度为10 m·s-1、15 m·s-1、20 m·s-1、25 m·s-1的情况下,本文计算冲击力的大小分别为1.9 MN、2.5 MN、3.1 MN、3.7 MN,结果与Kawahara模型一致,但较Labiouse模型和Hertz弹性解大。根据混凝土损伤理论,提出了损伤等级分类,有效地量化结构破损程度。当速度大于20 m·s-1时,桩、板混凝土拉压损伤严重,结构存在丧失承载力的风险。本文的计算方法与结果可为相关结构设计提供实际指导。     

主被动混合式柔性防护网联合作用效果初步分析

主被动混合式柔性防护网在拦截落石后可使其低速逸出,首先对现有结构进行梳理。之后为研究其结构性能,首先对基本构件环网网环与减压环进行了材性试验,建立了两段式网片等待模型与三段式减压环等待模型,并利用LSdyna构建数值仿真平台,对主被动混合式落石防护网结构体系进行落石冲击拦截与缓冲全过程研究,最终结果表明此类结构有稳定的耗能能力,对落石动能的吸收达90%以上,落石最终低速逸出。研究也发现系统以网片为主要耗能构件,耗能装置启动并不充分,且各主要构件耗能分配构成不合理,需进一步进行研究。     

高位落石作用下不同缓冲层与钢筋混凝土板组合结构动力响应

2008年“5.12”汶川特大地震诱发了大量的震裂山体危岩崩塌灾害。这类危岩发育位置高、冲击能量大，存在主动加固措施难以实施且被动防护网防护能级不足的问题，为此在汶川、芦山、九寨沟地震灾区逐渐广泛使用桩板拦石墙结构用于防治高位崩塌落石，取得了非常好的效果，但同时也存在部分桩板拦石墙墙后因未设缓冲层或挂废旧轮胎而被落石直接撞击并损毁的现象。为避免落石直接与此类钢筋混凝土（RC）板碰撞造成刚性破坏，工程上常采用就地开挖的碎石土、砂土作为缓冲层以减缓落石冲击力，为研究冲击作用下不同类型缓冲层消能效果及RC板的动力响应特征，基于室外搭建的落石冲击试验平台，开展了不同缓冲层及其相互组合的系列落石冲击试验。结果表明，总厚度相同前提下，EPS泡沫-砂土组合缓冲层的消能效果最优，其次为碎石土，砂最差。与其他两种缓冲层消能方式相比，落石锤与组合缓冲层碰撞过程中发生多次反弹且接触时长远大于其他两种；相同的冲击工况下，EPS中心位置压溃并下陷，且产生大量辐射状宽大裂缝；组合缓冲层能够有效减小RC板的跨中位移，在3，5，7 m冲击高度下，比砂作为缓冲层时跨中位移减小了37%~46%。在R4落石锤冲击下，RC板跨中位移显著增加且产生明显塑性位移，随冲击能量增大跨中裂缝自下而上延伸，RC板最终破坏时表现为典型的弯曲破坏特征。     

滚石防护加筋土挡墙研究综述

滚石防护加筋土挡墙是工程上常见的落石防护工程结构, 通常用于拦截大体积或高速滚落的山坡落石。滚石防护加筋土挡墙能有效拦截具有高冲击动能的岩块滚落。但由于其结构较大, 受滚石撞击时会发生不可逆的诱发性破坏变形, 加筋土体应力-应变性状非线性, 不同加筋材料与土体界面特性及作用机制相当复杂, 目前防滚石撞击的加筋土防护挡墙的设计方法不够完善。通过总结已有文献的研究成果, 重点阐述了受滚石撞击的加筋土挡墙结构响应性状, 从落石轨迹控制和挡墙稳定性两个方面对挡墙设计方法进行了讨论。同时指出滚石旋转动能不可忽略, 已有成果在滚石冲击力计算、结构撞击响应分析方法等问题的研究仍显不足, 为今后研究提供参考。     

SNS被动防护系统在崩塌地质灾害治理中的应用

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。     

基于重庆某高速公路的岩崩落石数值模拟与防护研究

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。     

桂林穿山公园西侧危岩体破坏机制及治理

桂林市穿山公园西侧存在的危岩隐患共有数十处,根据危岩体结构特征和变形破坏迹象,分析了危岩体的3种破坏机制:拉裂―滑移式、拉裂―坠落式、拉裂―倾倒式三种基本类型。在此基础上,运用能量守恒定律和运动学规律研究危岩体失稳落石运动特征。结合RocFall软件对落石运动进行模拟计算,对崩塌落石的途径、方向、跳跃高度,影响范围进行验证,与理论计算结果吻合。结合施工条件,采用清除浮土及危石,岩壁上安装SNSGPS2主动防护网加固,坡脚安装SNSRX050被动防护网来拦截落石,确保公园内游客安全。     

河北省平山县大柳树村崩塌地质灾害治理设计

崩塌与落石是山区常见的一种地质灾害,传统的治理方法多以圬工结构和钢木结构为主,这些方法存在着材料用量大、施工强度大、破坏当地原始生态环境、缺乏可靠的设计技术保障等缺点。为克服传统治理方法的缺点,本文综合考虑平山县大柳树村崩塌发育的地质环境条件,并详细分析地质灾害的发育特征后,进行设计方案比选,采用SNS柔性防护网系统对其进行治理。作者通过现场实际工程地质条件研究,确定基本计算参数和建立计算模型,计算了崩塌落石的运动能量及弹跳高度。根据计算结果,选用5m高RX-050型被动防护网,达到防灾减灾的目的。     

土垫层缓冲落石冲击力特性离散元数值模拟分析

棚洞是我国西部山区防治崩塌落石灾害的主要工程措施之一。棚洞顶板以上通常铺设由砂或碎石组成的土垫层。土垫层的作用是避免落石直接冲击棚洞,缓冲落石的冲击力。长期以来,关于土垫层厚度对缓冲效果影响的研究较少,因此,还未形成统一的理论用于指导土垫层厚度的设计。文章运用离散单元方法建立落石冲击土垫层的数值模型,探究垫层厚度和落石下落高度对土垫层缓冲落石冲击力特性的影响。研究结果表明：落石冲击力峰值与落石下落高度呈幂函数关系,顶板中心力峰值与下落高度呈线性正相关关系;随着垫层厚度的增加,落石冲击力峰值减小,当垫层厚度增加到落石直径的1.0倍之后,落石冲击力峰值与垫层厚度无关;随垫层厚度的增大,顶板中心力峰值与落石冲击力峰值的比值减小,垫层缓冲效果增大,当垫层厚度增加到落石直径1.5倍之后,垫层缓冲效果增加不明显;垫层厚度建议取值为落石直径的1.5倍。     

明棚洞落石冲击荷载计算方法研究

根据落石冲击回填土明棚洞过程中的基本力学和运动学规律,采用Laplace变换,从落石冲击半无限土体、落石冲击有限厚度土体、考虑回填土与下部结构相互作用3个方面推导了落石冲击荷载的理论计算公式,通过数值模拟和相关试验数据对理论公式进行了验证,并与目前常见落石冲击荷载计算公式进行了对比研究。研究表明：所提出的公式理论计算结果与数值模拟结果和相关试验结果均有较稳定的规律,理论计算值比数值模拟值大6%～41%,与Pichler现场试验的95%分位值差值仅在6%以内;尽管所提出的公式计算值比目前所有公式计算结果均偏大,但与数值模拟和试验数据更吻合,更能反映出真实的落石冲击荷载;所提出的计算公式可以反映缓冲层厚度和缓冲层性质的影响,缓冲层厚度越小,落石冲击荷载越大,缓冲层厚度影响系数可根据h/r查表确定;缓冲层和结构的动力相互作用导致结构承受冲击荷载相较缓冲层顶部冲击荷载增大,结构动力放大系数与缓冲层厚度相关,缓冲层厚度越大,结构动力放大系数越小。所提出的计算公式可以反映落石大小、落石形状、落石冲击能量、缓冲层厚度、缓冲层性质等因素对冲击荷载的影响,计算荷载值可直接用于明棚洞结构设计。     

落石冲击棚洞结构冲切特性研究

落石是一种严重的山区地质灾害,而棚洞作为主要防护落石的工程措施之一,研究落石冲击下棚洞结构动力响应特征具有重要的现实意义。以经典Hertz理论为基础,假设落石为球形刚性体,棚洞结构为梁结构,建立落石冲击力学模型,理论推导得到不同尺寸落石以不同速度冲击不同厚度砂土垫层材料下棚洞板的最大冲击力计算公式,并得出不同工况下棚洞板被冲切破坏时落石的极限冲切速度,结果表明：总体上,落石对棚洞板的冲击力随垫层厚度增加而减小,但垫层厚度不能无限增加,过厚的垫层自重较大,使棚洞板受力较大,垫层材料厚度在0.5～1.5 m厚之间较为合理;落石尺寸和冲击速度越大,棚洞板受力越大,有限厚度的垫层材料只能承受一定限度的冲击能量,当冲击能量超过垫层材料的极限承受强度时,垫层不再耗散能量;分析棚洞板冲切破坏条件可知,无垫层时,很小的落石冲击速度使棚洞发生破坏,可见,合理的垫层厚度对防治落石具有重要意义。     

西南山区某铁路隧道口高位落石三维运动特征分析

西南山区某铁路隧道口上部广泛分布着高位危岩体,对下部隧道建(构)造物具有严重的威胁。采用Rockfall Analyst软件对该隧道上部五类不同尺寸的高位危岩体进行三维运动轨迹数值模拟,研究表明:研究区的高位危岩落石具有弹跳高度大、速度快、冲击能量高的特点;弹跳高度、运动速度与危岩落石的质量无关,冲击能量大小与落石质量成正比。分析表明:该地区高位危岩体的防护应避免单一防护措施,建议综合使用多种防护措施。     

组合式棚洞结构优化及其计算方法

棚洞是山区公路常见的崩塌落石灾害防治结构。本文通过增设夹心层和增设薄壁管二次消能装置对组合式棚洞结构进行了优化。通过对夹层结构等效并采用薄板理论,建立了棚洞优化结构的内力计算式。利用圆柱壳冲击动力学分析二次消能特性,将组合式棚洞优化结构在落石冲击作用下的动力响应分为四个阶段,建立了三个临界冲击速度的计算式。实例分析表明,棚洞优化结构横梁和纵梁的上、下侧最大弯矩比优化前分别降低了19.7%, 23.7%和10.2%。第一、第二、第三界限冲击速度分别为6.24 m/s、13.50 m/s、15.20 m/s。研究成果对组合式棚洞优化结构的构件预制有指导意义。