滚石对防护结构的冲击压力计算

滚石灾害是西部山区常见的一种地质灾害,工程实践表明,在滚石防护结构上设置垫层材料能有效地减轻滚石的冲击力,而滚石冲击力是滚石防护结构设计的关键荷载,目前国内外尚无合理的计算公式,严重地影响了滚石防护结构的应用。在以典型滚石防护结构为原型,根据球形压模压入半空间基本理论,在假设垫层材料为理想弹塑材料的基础上,研究了垫层材料的冲击特性,推导了滚石冲击压力计算公式,为滚石防护结构设计提供合理的冲击力计算公式。结果表明:在考虑垫层材料的实际弹塑性特征时,计算出的滚石冲击压力远小于由完全弹性碰撞理论确定的冲击压力值;垫层材料能有效地减轻滚石对防护结构的冲击作用。     

山区桥墩抗滚石冲击的双腔椭圆偏心包裹结构研究

山区桥梁墩柱因刚性大而抗冲击效果差,常被滚石冲击损毁,但目前还缺乏有效防治措施。为此,在科学解析滚石对桥墩的弹塑性冲击破坏机理的前提下,基于耗能减震理论提出了一种充填泡沫铝的双腔椭圆偏心桥墩包裹抗冲击结构。继而综合MTS试验数据,采用动力有限元技术对滚石冲击下桥墩防护新结构的动力响应进行计算和分析,并优化结构设计。结果表明:定向椭圆偏心包裹泡沫铝层可显著延长冲击历时,降低冲击荷载,其结构形式经济高效;包裹层厚度适当增加有利于控制墩柱对冲击的动力响应,但过厚也会因结构整体性增大而弱化甚至降低防护效果;双腔充填的"外薄外密"模式最利于控制桥墩塑性应变和冲击挠度,耗能效果更好。总体上,新结构可大幅降低滚石的最大冲击力,保证桥墩结构安全运行。     

滚石防护棚洞EPS垫层结构缓冲作用研究

工程实践表明聚氨酯泡沫（EPS）垫层结构对滚石防护棚洞有较好的缓冲作用,但其作用机理,缓冲效果定量评价还有待深度研究。为此,对滚石冲击荷载下铺设土垫层及EPS垫层结构棚洞板的动力响应进行了对比研究。首先通过静力压痕数值试验获取不同垫层结构与滚石在加卸载条件下的接触力—压痕关系,并将其引入棚洞板的冲击动力控制方程,进而计算滚石冲击荷载下不同垫层结构棚洞板的动力响应,并与动力有限元进行了对比分析,结果表明：本文理论解与动力有限元结果非常接近,理论方法可用于棚洞动力响应分析;EPS垫层结构缓冲效果显著,可大幅度降低滚石冲击力,且EPS材料密度越小、厚度越大耗能效果越明显。     

滚石冲击棚洞砂土垫层物理模型试验及数值模拟研究

滚石冲击棚洞垫层的动力响应分析多采用数值模拟手段,缺乏物理模型试验验证。为此,以山区棚洞结构为原型,搭建滚石冲击棚洞结构试验平台,开展不同坠落高度下不同垫层厚度及密度的冲击试验,并建立对应的数值模型。进一步通过与试验结果比对,验证数值模型的可靠性,在此基础上开展滚石冲击棚洞垫层动力响应数值计算分析,结果表明:松散砂土垫层比密实砂土垫层具有更好的耗能效果;增大垫层厚度能够延长冲击持续时间,有效降低滚石冲击力,但随着厚度不断增加,其缓冲能力的提升程度减缓;通过对Hertz接触理论、日本公式、动力有限元三种方法比较,发现前两种方法的计算结果明显偏大,偏于保守。研究成果可为棚洞结构砂土垫层的设计提供理论与技术支持。     

滚石运动特性研究新进展

综述了近年来国内外关于滚石运动轨迹及滚石冲击力研究的新进展,介绍滚石灾害风险评价与滚石防护措施的研究成果。现场试验、模型试验和数值模拟是目前应用较多的三种滚石运动轨迹研究的方法,其中数值模拟在滚石运动轨迹研究中已经成为主流研究手段。重点介绍了STONE,CRSP,RocFall三种滚石运动轨迹的数值模拟软件,列举了若干滚石冲击力的典型计算方法。最后进一步提出,在滚石运动轨迹研究中,数值模拟的发展应该侧重于滚石的滑动、自由落体、弹跳、滚动这四种运动状态之间的相互转化与组合机理的研究。     

城市复杂环境下高大倒悬坡的爆破施工

介绍了浙江温岭一场地平整内高大倒悬坡地质灾害治理工程的爆破设计与施工情况,提出了一些在城市复杂环境条件下地质灾害的危岩处理、爆破振动、爆破飞石、滚石等防治措施,对类似工程有一定的参考价值。     

冲击矿压的灾害分析与防治技术

安全生产是煤炭企业生存的第一要务,冲击矿压是威胁煤炭企业安全生产的主要因素,因此,加强对冲击矿压的成因、灾害、防治的研究是非常重要的。本文首先介绍了冲击矿压的成因,分析了冲击矿压的灾害因素,并结合自身经验,讲解了如何在不同生产阶段来预测、防范冲击矿压,确定矿压形成的时间、位置、大小,从而达到防治矿压的效果。     

长九神山灰岩矿爆破开采滚石控制研究

在矿山爆破开采中,爆破滚石控制是安全生产的重要保障.依托于长九神山灰岩矿,采用理论分析和模型研究相结合的方法,阐述了矿山露天爆破开采过程中滚石产生的机理,建立了简化的边坡滚石运动学模型,计算了不同开挖高程下的滚石运动距离并预测了影响范围.结果表明:在无防护措施时,滚石最大运动距离可以达到150 m以上,影响范围覆盖部分民房、农田及公路,对矿区周边居民生产生活带来安全隐患.基于此,针对长九神山矿的工程实际及生产需求,研究了爆破开采过程中的滚石控制措施,提出了预留岩墙的微差松动爆破方案,辅以挡石墙和截石沟对滚石进行拦截,分别从源头上和运动过程中对滚石运动危害进行控制;同时,设立了合理的警戒范围,在矿权线300 m范围内采取搬迁措施.该技术为复杂环境下工程爆破滚石的有效防护提供了参考.     

基于离散元-有限差分耦合的滚石冲击棚洞垫层动力响应研究

在棚洞结构顶部覆盖一层砂土缓冲垫层能有效减小滚石对棚洞顶板的冲击力,以往多采用有限元方法开展研究,无法考虑砂土垫层离散特征,研究手段有待改进。以棚洞垫层物理模型试验为原型,考虑砂土颗粒离散性和棚洞混凝土结构的连续性,采用离散元-有限差分耦合算法,其中离散元模拟砂土垫层,有限差分法模拟棚洞混凝土结构,在充分发挥两种模拟方法优势下,开展滚石以不同角度、不同速度冲击棚洞垫层的动力响应数值模拟研究,通过对受冲击棚洞支座反力、棚洞顶板位移、滚石冲击力分析,揭示棚洞结构的动力响应特征。研究结果表明:冲击角度和冲击速度对支座反力影响显著,冲击角度增大,支座反力随之增大。相对而言,在较小冲击角度下,支座反力受冲击角度的影响较大,而较大冲击角度下,冲击速度的影响则更明显;冲击力方面,伴随冲击角度和冲击速度增大,滚石冲击力随之增大,较大冲击角度下,角度的增大对冲击力的提升更加明显;棚洞顶板中心处竖向位移值随冲击角度和冲击速度的增大而显著增大,且在较小冲击角度下,冲击角度对顶板位移的影响更大,而较大冲击角度下,冲击速度的影响更为显著。     

新疆精河县夏草场某山体滑坡灾害特征分析

精河县地质灾害类型以泥石流、崩塌、滑坡为主,滑坡灾害发育程度一般。2014年7月精河县南山夏牧场发生一起滑坡灾害,野外调查发现该滑坡因高温引起的坡体内冰水胶结体融化而引发,由于此类滑坡灾害在新疆较少见,通过该滑坡灾害特征的分析,为新疆中高山区滑坡灾害的研究提供了新的范例。     

被动防护网中U形消能件的力学性能分析

U形消能件是被动防护网中的一种新型消能构件,由钢板带、圆柱滚轴和套头组成,主要功能是降低作用在锚杆及钢丝绳上的荷载,吸收落石的冲击能量。由于国内尚未有相关设计理论和工程应用经验,为此对U形消能件进行了重复性拟静力拉伸试验,试验结果表明:U形消能件具有较好的重复拉伸性能;由于钢板带材料的塑性强化效应,U形消能件在前三次重复拉伸试验中,启动力阈值和耗能能力逐渐增大,在第四次重复拉伸试验中,钢板带发生了类似疲劳破坏的脆性断裂。依据重复拉伸试验现象及相关结果的研究,提出了采用能量法对消能件启动力阈值和耗能性能进行理论分析,建立了U形消能件启动力阈值和静力耗能能力的理论计算方法,并与试验结果进行了对比验证,理论计算方法可作为U形消能件工程设计的依据。     

不同结构类型棚洞的抗冲击性能研究

借助ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟棚洞结构在落石冲击荷载下的动力响应过程,通过分析比较5类棚洞结构的受力与变形的特征,研究不同结构类型的抗冲击性能。研究表明:不同结构类型棚洞在同等冲击作用下会有不同的动力响应,全拱式和半拱式棚洞的抗冲击性能比门式有优势,斜柱式比直柱式抗冲击性能好;门式和半拱式棚洞的柱体顶部内侧与顶板交接处,全拱式棚洞的拱柱底部是最大等效应力的集中部位,实际工程中可采取局部加强措施,保证结构的安全性。     

Rock fall impact on reinforced concrete slab: an experimental approach

This paper concerns the protective structures against rock fall. We propose a new concept of rock-shed protection. The proposed rock-shed protection is made of reinforced concrete slabs held up by specially designed supports that act as a type of expendable fuse to absorb high rock-fall energy especially when shock occurs on the side of the slab. Thus, by a simple change of damaged supports and local restoration of concrete in the impact area, the structure can continue to be used. We present also an experimental method to characterize and analyze shock absorption effected by this type of reinforced concrete slab. The analyzed slab is a 1/3 scale reproduction of an actual structure.     

基于有限质点法的结构碰撞行为分析

有限质点法是以向量式力学为基础的结构分析方法,它将结构离散为质点群,并以结构质点的真实行为模拟为基本思想,研究表明该方法在结构强非线性和不连续行为分析中有明显的优势。该文将其拓展至结构的碰撞行为分析中,根据结构的离散模型提出了结构单元的接触侦测方法,建立了碰撞模型,推导了碰撞力的计算公式和质点内力的修正公式,并编制了基于有限质点法的结构碰撞行为分析程序。通过对两个算例的模拟和分析,验证了该方法进行结构接触碰撞行为分析的有效性。     

基于多尺度模型的RC框架撞击倒塌响应数值分析

为了在保证计算精度的同时提高撞击荷载作用下RC框架结构连续倒塌分析的计算效率,本文基于有限元软件LS-DYNA,建立了撞击响应分析的多尺度模型。针对该模型分别采用拆除构件法和撞击全过程分析法分析了撞击荷载下框架结构的连续倒塌动力响应。结果表明：拆除构件法在分析撞击作用下结构的连续倒塌时,由于忽略了撞击力及其对周围结构造成的初始损伤、初始位移和初始速度,低估了结构的动力响应,不能合理反映撞击作用下框架结构的破坏模式;多尺度模型能够准确模拟撞击作用下框架结构的动力响应和破坏模式,同时计算时间仅为精细模型的三分之一,满足整体结构系统撞击倒塌分析的需要。     

SIZE EFFECTS ON IMPACT RESPONSE OF COMPOSITE LAMINATES

Delamination was known to be one of the most important damage modes in composite laminates subjected to impact loading. In an effort to further understand the impact response of composite laminates, various degrees of impact ranging from subperforation to perforation were introduced to glass/epoxy laminates through an instrumented drop-weight impactor. In addition, composite laminates of various in-plane dimensions and thicknesses were examined for in-plane dimensional and thickness effects, respectively. Experimental results showed that in-plane dimensional effect was not as significant as thickness effect. The impacted composite laminates were then subjected to compression after impact (CAI) tests for characterizations of residual mechanical properties. Experimental results showed that perforation was the most important damage stage in composite laminates subjected to impact loading since impact characteristics (peak force, contact duration and absorbed energy) and mechanical properties degradation (residual compressive maximum force and residual compressive absorbed energy) of composite laminates became stable once perforation took place. However, it was also found that delamination played a very important role in the characterizations of mechanical properties degradation. Since the impact response of composite laminates is due to plate bending to some extent, bending analysis was used to explain the greater influence of thickness effect to in-plane dimensional effect. It was also found that bending analysis was feasible for interpretation of delamination in mechanical properties degradation.     

电弧超声对焊接接头冲击韧性影响的研究

采用SEM断口分析技术，观察电弧超声埋弧焊焊接接头09MnNiDR钢的断口形貌，结合断口组织的能谱分析，探询电弧超声作用下09MnNiDR钢焊接接头冲击韧性下降的原因，即焊接过程中熔渣进入熔池并形成非金属夹杂。通过增加焊接热输入减少了焊缝中的夹杂，改进工艺后的试验结果证实电弧超声能够较大幅度的提高09MnNiDR钢焊接接头的冲击韧性。     

海床土体减缓坠物对海底管道撞击作用的研究

海底管道受坠物撞击的损伤分析中,海床土体是不宜忽略的因素。基于耦合欧拉-拉格朗日算法（CEL法）,该文建立了模拟坠物撞击海底管道过程中土体变形的有限元模型,并进行了物理模型试验,二者结果吻合较好。针对粘土海床,分析了海床柔性、海床土质、管道埋深、摩擦及坠物形状对海底管道损伤的影响。研究表明:对于裸置管道,海床柔性使一部分撞击能量转化为管道的整体变形,减轻管道局部损伤;对于埋置管道,基于软件的二次开发,考虑了正常固结粘土及均质粘土两种情况,二者的安全埋深相差较大。综合考虑上述土质的影响,2 m的埋深可提供有效的保护;埋深超过1 m时,坠物与土体间的摩擦系数对管道损伤的影响更加明显;形状尖锐的坠物受到土体的阻力较小,对管道造成的损伤程度较大。不同形状的坠物撞击管道时,管道的变形特征存在差异。研究结果对管道的风险评估及安全埋深设计具有指导意义。