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。     

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。     

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。     

落石冲击混凝土棚洞力学特性研究

落石冲击棚洞结构作用过程复杂,缺乏统一的落石冲击力表达式。首先,将落石简化为刚性球体,基于Hertz接触理论,推导得到落石冲击力半正弦算法的理论表达式,考虑落石冲击下棚洞的非弹性特征,根据落石与材料碰撞过程中落石加速度曲线特征,采用函数拟合法推导得到落石法向冲击下其冲击力的理论计算方法;然后,基于ANSYS/LS-DYNA软件建立落石冲击棚洞数值计算模型,研究不同冲击速度下落石冲击棚洞动力特征;最后,与现存常见的多种方法进行对比,得出以下结论：Hertz半正弦法得到的落石冲击力远大于函数拟合法和数值法,而函数拟合法和数值法得到的落石冲击力时程曲线相接近,表明函数拟合法更能反映落石与棚洞接触碰撞动力关系;对比其他计算方法可以得到,Hertz算法适用于分析无能量损失下的弹性碰撞问题,而Logistic算法适用于材料大塑性变形的情况,弹塑性接触理论结果和动力有限元结果存在差异,而采用函数拟合推导的计算方法得到的落石最大冲击力和落石冲击作用时间与动力有限元法更接近,更能反映落石冲击棚洞动力响应特征,推导的落石冲击力计算方法可为工程实践中棚洞防护设计提供理论参考。     

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。     

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。     

基于线黏弹性接触的落石冲击地面参量理论研究

落石与坡面或者防护结构接触过程中冲击参量随时间变化特征是描述落石碰撞过程的重要指标,对于揭示落石与坡面相互作用机制以及采取合理的防护措施具有重要的意义。在现有的相关设计规范中,并没有给出关于落石冲击力时程关系的计算方法,仅参照有关规范或经验方法确定一个落石最大冲击力值。为此,首先基于线黏弹性接触理论,建立落石冲击地面力学模型,根据位移-速度组合初始条件以及速度-加速度组合初始条件分别推导得到两种落石冲击特征参量理论解析解;然后基于 ANSYS/LS-DYNA 非线性动力学软件,建立落石冲击地面三维数值模型,研究球体落石冲击地面力学特点;最后将理论结果对比室内试验和已有的研究成果,得出以下结论：（1）Hertz 弹性接触理论结果中各参量变化在加载阶段和恢复阶段均呈现对称的趋势,速度、加速度初始条件下的落石冲击特征参量和动力有限元法非常接近,而位移-速度初始条件组合并不适用于研究落石冲击下的动力特征;（2）不同速度和下落高度下,落石最大冲击力值随落石下落高度和冲击速度的增大而增加,而落石冲击作用时间随下落高度和冲击速度的增加而减小;（3）计算结果得到的落石最大冲击力以及落石冲击作用时间与室内试验结果和已有成果相接近,相比室内试验和有限元结果的震荡性,此结果更能体现落石冲击力变化规律; （4）多种冲击速度下,对比不同方法得到的落石最大冲击力,可知计算结果均在各种冲击力计算结果的范围内,具有很好的可靠性。考虑到现有研究理论的不足,难以求解落石冲击力时程关系,求解结果丰富了落石碰撞理论,可以指导工程有关落石灾害的防护设计。     

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。     

基于落石冲击试验的落石冲击力研究

落石冲击力影响因素研究对落石灾害防治意义重大。基于室外设计的落石冲击试验,开展不同重量落锤在不同冲击高度和不同缓冲层厚度下的冲击力研究。试验结果表明,落石最大冲击力与速度之间符合幂函数关系,而与落石重量呈线性相关,随缓冲层厚度增大,冲击力减小。考虑缓冲层效能效应,根据实测数据拟合得到了防护结构表面的有效冲击力计算方法。综合比较其他学者的研究成果,分析了各种模型之间的差异性,显示本文研究结果可用于崩塌落石灾害防治设计时参考。     

一种提高泥石流防撞墩抗冲击性能的方法

为提高桥墩泥石流防撞墩的抗冲击性能,拟将废旧轮胎堆栈于防撞墩前,与之形成一种刚柔复合结构.并使用显式动力有限元软件LS-DYNA,通过对泥石流大石块的冲击过程进行数值计算,发现当冲击能量在轮胎的吸能范围时,其冲击力能降低80％.     

边坡滚石运动轨迹分段循环算法

边坡滚石是在基本建设中常遇到的一种工程灾害。其防护结构的设计依据主要是边坡滚石的运动轨迹,因而要对这种灾害进行防治,首先要确定滚石的运动轨迹。根据落石运动全过程的三个阶段,即滚动(滑动)运动阶段、抛物运动阶段和与坡面碰撞阶段,利用分段循环算法分别得到了三个运动阶段的运动速度计算公式。以某岩质边坡构建相似模型,将该理论公式应用于落石运动轨迹预测,验证了公式的可行性和有效性。与现有方法相比,分段循环算法具有计算原理简单明确、易于使用等优点。该方法可用于斜坡区滚石运动特征的预测,并可作为斜坡区滚石灾害防治的依据。     

Dynamic response of flexible rockfall barriers under different loading geometries

Flexible steel barriers are commonly constructed on steep hillsides to mitigate rockfall. The evaluation of the dynamic response of proprietary flexible barriers is conventionally performed using full-scale field tests by dropping a weight onto the barriers in accordance with the European test standard ETAG 27. The weight typically has a spherical or polyhedral shape and cannot reproduce more complex rockfall scenarios encountered in the field. A rigid slab may load a barrier over a larger area and its effect has not been investigated. In this study, a calibrated three-dimensional finite-element model was developed to study the performance of vertically and horizontally orientated rockfall barriers under concentrated areal impact loads. A new bilinear force-displacement model was incorporated into the model to simulate the behavior of the energy-dissipating devices on the barriers. The effect of different weight geometries was studied by considering impacts by a rigid single spherical boulder and a rigid slab. Results reveal that areal loading induced by a rigid slab increases the loading on the barrier foundation by up to 40 % in both horizontally and vertically positioned barriers when compared to a concentrated load scenario with a single boulder. This indicates that barriers tested under the current test standard does not give the worst-case scenario in terms of foundation loads, and barrier designers should take into account the possible effect of increased foundation loads by reinforcing the barrier posts and/or increasing their spacing.     

簧式缓冲器的工作原理及其在滚石柔性防护系统中的应用

滚石是突发于人工边坡或自然边坡上的一类特殊的地质灾害,对坡下的人类活动和基础设施的安全构成极大威胁.柔性防护系统是滚石灾害防治的重要方法之一,而摩擦制动环是应用于钢绳拦石网并起到关键缓冲作用的部件.作者发现,当前使用的摩擦制动环存在着缓冲效率较低、较易损坏、成本较高等诸多不足.针对这些不足,提出了一种可应用于滚石柔性防护系统的簧式缓冲器.理论研究表明,它具有缓冲效率较高、不易损坏、价格较低等优点,可望在滚石柔性防护系统中得到广泛应用.     

Overturning stability of L-shaped rigid barriers subjected to rockfall impacts

Reinforced concrete barriers are commonly used as defence measures in hilly areas to contain falling boulders and landslide debris. These barriers are conventionally designed to satisfy the conditions of force and momentum equilibrium with a factor of safety. A major limitation of this approach is that the inertial resistance of the barrier is neglected such that the design could be over-conservative. This paper presents a novel displacement-based approach for the assessment of overturning stability of rigid L-shaped barriers subjected to rockfall impacts. Analytical solutions, which are derived based on conservation of momentum and energy, are used to take into account the contributions of the self-weight and, thus, the inertial resistance of the barrier in resisting an impact. The actual amount of energy transferred from the impacting boulder to the barrier is considered by including the coefficient of restitution between the two objects. The accuracy of the analytical solutions has been confirmed by laboratory impact experiments. Numerical assessments conducted using the new solutions indicate that a reasonably sized rigid barrier, due to its own inertial resistance, may adequately withstand the impact action of a heavy boulder rolling down a hillslope without relying on any anchorage to its support. A range of geometric design of the barriers with L-shaped cross sections also has been considered and analysed. The new approach presented in this paper is easy to apply in practice and will be useful for engineers designing concrete barriers as passive rockfall mitigation measures.     

北川羌族自治县都坝乡政府后山崩塌落石

针对四川省绵阳市北川羌族自治县都坝乡政府后山崩塌的落石,结合影响落石运动的各种条件因素,分析并确定落石的运动形式,选取合适的计算公式,初步得出了落石运动的速度及其对坡下危害目标的冲击能量。     

重庆甑子岩崩塌落石动力学特征及危险性分区

针对重庆市南川区甑子岩危岩体面临的崩塌地质灾害问题,分析不同高度、不同规模的危岩体对东侧居民区的落石风险及危害性。以甑子岩处岩质边坡为研究对象,根据其结构面发育情况及崩塌落石特征确定模型尺寸,运用RocFall软件对崩塌落石的能量、速度、运动轨迹、落点位置及冲击力等进行模拟计算。以此对崩塌落石区进行落石风险评估,根据崩塌落石的动量和动能,按最危险原则法将崩塌落石的危险性分区,分为Ⅰ危险性极大、Ⅱ危险性大、Ⅲ危险性一般、Ⅳ危险性较小、Ⅴ无危险五个分区,并将此分区应用于甑子岩危岩体,评价崩子岩危岩体居民区的落石风险及危险性,确保居民安全。通过对崩塌落石区的危险性分区,可以用来指导居民区的安置和防护措施。     

延庆县南天门崩塌灾害的治理研究

本文采用了赤平投影的方法,对延庆县南天门崩塌灾害的稳定性进行分析评价,提出采用危岩清理、$5/S防护网等综合治理措施进行治理。实际情况表明,治理措施对防治崩塌灾害是切实有效的。