基于离散元方法的落石碰撞破碎研究

落石是山区公路边坡常见的地质灾害。落石撞击破碎是落石灾害中常见的现象,落石破碎致使运动轨迹改变往往会增大落石的危害性,但其通常未被考虑到落石的防护设计中。因此,落石破碎机理的研究对落石防护措施设计有重要的指导意义。本文运用离散元方法（离散元开源软件Esys-Particle）模拟落石铅直撞击地面的过程。在模型中,落石由大量的颗粒组成,并且相邻的颗粒由可断裂的黏结材料黏接;地面由一层固定的颗粒组成,从而模拟地面的摩擦、弹性变形性质。模型模拟出落石反弹、破碎和粉碎等过程,分析黏结材料的杨氏模量、颗粒间凝聚力和内摩擦角对落石撞击地面过程的影响,得出落石撞击过程中破坏率和动能的变化过程。研究发现：当杨氏模量和凝聚力的比值较小时,落石将会发生反弹;当杨氏模量和凝聚力的比值增大到一定程度时,落石将会破碎成不同大小的块体;当杨氏模量和凝聚力的比值超过一定限度时,落石将会破碎成非常细小的块体;内摩擦角的变化对撞击过程影响非常小。