滚石坡面碰撞破裂效应的试验研究EI北大核心CSCD

采用自主研发的滚石碰撞系统,试验研究滚石力学性质、碰撞速度、入射角度和滚石尺寸等因素耦合作用下的滚石坡面碰撞破裂机制,探讨碰撞破裂对滚石运动特征的影响。结果表明:滚石力学性质和碰撞速度是控制滚石碰撞破裂的主要因素,滚石力学性质越差,碰撞速度越大,滚石碰撞越破碎。滚石破裂存在法向速度阈值,随着力学性质的劣化,破裂法向速度阈值减小。碰撞入射角对滚石碰撞破裂及能量恢复系数影响较大;碰撞破裂不但会引起滚石总的能量恢复系数略有减小,而且会造成个别碎块具有较大速度,对防护结构构成不利影响。     

公路沿线遭遇滚石的风险分析——方法研究

随着中国经济建设的迅速发展，山区内大量公路将面临着越来越多的滚石问题。显然，公路沿线遭遇滚石的风险分析对滚石灾害的分区与防治资金的优化配置是十分重要的。在工程地质力学综合集成方法论（EGMS）的指导下，由现场调查、专家经验、理论分析等结合得到了困难条件下滚石发生频率的估计方法。假定一个滚石区范围内的人类活动和潜在滚石在时间和空间上为均匀分布，利用贝努力公式给出了静止车辆、移动车辆、行人等情况下遭遇滚石的概率计算方法。由遭遇滚石的概率及承灾体的易损性分析，可进一步得到公路上车辆和行人经过不同滚石区时受滚石冲击而致命的风险水平。     

滚石冲击荷载作用下土体屈服特性研究

 滚石冲击压力是滚石防护结构设计的重要参数,当不考虑被冲击材料的弹塑性特性时,获得的冲击压力非常大,几乎不能用于工程设计。而实际岩土材料均为弹塑性体,在滚石冲击压力下,会产生很大的塑性变形,为此,必须研究土体的初始屈服压力作为判断土体是否开始进入屈服的条件。以Hertz接触力学为基础,假设土体服从莫尔–库仑屈服准则,研究土体在滚石冲击荷载作用下的初始屈服压力和初始屈服冲击速度。研究结果表明：土体初始屈服冲击速度非常小,其中黏聚力对其有较大影响,而内摩擦角对其影响相对较小。     

新型耗能减震滚石棚洞作用机制研究

 传统滚石棚洞主要是通过结构顶部的砂砾石垫层来耗能抗冲击的,然而实践表明：砂砾石垫层材料不仅缓冲吸能效果有限,且自重荷载较大,建设成本偏高,不利于大面积推广应用。为此,提出一种新型耗能减震棚洞,通过在棚洞支座处增设耗能减震器,在最大限度降低棚洞自重的情况下增大防护结构的系统柔度,达到耗能减震的目的。通过构建非线性质量弹簧体系来模拟滚石冲击下棚洞结构的动力响应,并结合能量原理对新型棚洞的防滚石抗冲击机制进行分析,结果表明耗能减震棚洞能大幅度降低滚石的最大冲击力,并通过耗能减震器的变形来耗散冲击能,大幅度降低棚洞结构的建设成本。     

树木对滚石拦挡效应研究

 树木对滚石有显著的拦挡效应。在对滚石与树木碰撞概率理论分析的基础上,设计树木对滚石拦挡效应试验,对滚石与树木碰撞的概率、滚石与树木碰撞后运动距离和碰撞前后速度及动能的变化进行研究。得到滚石与单排树木碰撞的概率、与多排树木碰撞的概率、与树木至少发生k次碰撞概率和至少与树木碰撞k次所需树木排数的计算分析方法,并通过试验验证其准确性;分析滚石与树木碰撞后运动距离的变化,得到滚石与树木碰撞后和未碰撞相比,在平台运动距离降低80%～100%的占试验总数的44.86%,而超过20%的比例达到85.11%;提出滚石与树木每碰撞一次,碰撞后的速度为碰撞前的55%,动能为30%。在此基础上,得到树木作为危岩体被动防治措施时,所需树木排数的计算方法。所得成果可为将树木作为危岩体防治措施时确定树木排数提供依据,对坡面地质灾害的防治有实际意义。     

基于能量比例系数的滚石冲击力计算方法研究

滚石冲击力是滚石防护工程设计的重要依据。为此,基于能量守恒原理,引入能量比例系数,考虑滚石冲击角度,提出滚石冲击土体的最大冲击力计算方法。通过物理模型试验,研究了滚石特征参数(质量与尺寸)、动力学参数(冲击速度与角度)及土体性质参数(密度与抗压强度)对能量比例系数的影响,构建能量比例系数无量纲经验公式,建立滚石冲击力计算模型并验证了模型的可靠性。结果表明：能量比例系数与滚石质量、冲击速度、冲击角度呈负相关关系,而与滚石尺寸、土体密度以及抗压强度正相关;提出的基于能量比例系数的滚石冲击力计算模型能够有效预测滚石最大冲击力,且与已有研究中大尺度模型试验结果吻合良好。研究成果可为滚石灾害防治提供理论依据及技术支持。     

基于正交设计的滚石运动特征现场试验研究

 考虑滚石启动方式、斜坡覆盖层和植被特征、斜坡坡度、坡面长度、滚石形状和滚石质量等6个可能影响滚石运动特征的因素,按照正交设计现场滚石试验。在试验基础上,采用极差、方差和回归分析等手段,以滚石运动的加速度和滚石与坡面碰撞速度恢复系数作为评价指标,对影响滚石在斜坡上运动特征的6个因素进行分析。结果表明：影响滚石运动加速度的诸多因素中,斜坡坡度是主要因素,以下依次是滚石形状、斜坡覆盖层和植被特征、坡面长度、滚石质量和滚石启动方式;斜坡坡度、滚石形状和斜坡覆盖层及植被特征是滚石运动加速度的决定性因素;滚石运动加速度与上述决定性因素之间可用线性关系来描述。斜坡覆盖层和植被特征对滚石碰撞恢复系数起控制性作用,其他因素几平无影响;斜坡覆盖层与植被特征和碰撞恢复系数之间可用线性关系描述。所得成果为危岩体防治时冲击能量的确定提供了依据,提出危岩体整体防治的新的可行方法,对坡面地质灾害的防治有实际意义。     

岩石非均质性与冲击倾向的相关规律研究

岩石冲击倾向指标E／λ值是反映岩石发生冲击地压难易程度、冲击类型与强度的重要参数，通过对细观非均质岩石的全过程应力．应变曲线的大量数值实验进行分析，揭示出冲击倾向指标E/λ非均质参数m遵循负指数关系且E／λ随m增大而减小。     

滑体下滑及冲击受灾体过程中的能耗规律模型试验

 根据相似原理设计制作滑体下滑及冲击模型,采用光电传感器与计时器组成摩擦因数测量系统,高频动态土压力传感器与动态应变采集仪组成冲击力测量系统。提出完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞情况下冲击能测量原理。测量同质量不同粒径组成的滑体冲击能。结果表明：滑体冲击能随粒径的减小而大幅减小,原因是粒径减小滑体内部能耗增加;同时,滑体与滑动路径摩擦因数增加,导致滑体与滑动路径摩擦能耗也增加。在滑体内部能耗机制不明的情况下,基于试验分析提出2种滑体冲击能计算方法,为进一步研究提供参考。通过与以往计算方法的比较表明：对于各种粒组的滑体,忽略滑体内部能耗的计算结果均比考虑滑坡内部崩解的计算结果大很多,且差异程度随滑体粒径的减小而增加。     

平台对滚石停积作用试验研究

 平台对危岩体失稳后运动有很好的减速拦阻作用,是危岩体防治的有效措施。设计了平台停积作用试验,采用多元非线性回归模型对滚石在平台上的停留位置以及平台平均阻力系数进行研究,分析停留位置和平均阻力系数分别与滚石质量、形状、滚石到达平台时的速率以及平台表面粗糙程度等因素之间的关系以及各因素的相关性,并对多元非线性回归模型进行预测;同时,特别分析了滚石质量对停留位置的影响。结果表明：(1) 滚石停留位置和平均阻力系数与滚石质量、形状、滚石到达平台时的速率以及平台表面粗糙程度等影响因素的关系均可采用多元非线性回归关系式表示,并且预测值与实际值可较好吻合;(2) 滚石质量、初始位置(边坡高度)和平台表面粗糙程度对滚石停留位置有较大影响,表现为滚石质量越大,边坡高度越大,滚石在平台运动的距离越远。所得结果为将平台作为危岩体防治措施时确定平台的宽度提供依据,对坡面地质灾害的防治有指导意义。     

顺层岩质边坡的爆破振动控制标准试验研究

以某顺层岩质路堑开挖爆破为背景，进行了6次层裂爆破试验。测量边坡不同位置处的质点振速并对爆破前后的岩体进行声波探测，然后对振速测量结果和声波速度测量结果进行耦合分析，研究表明：边坡岩体发生爆破层裂后，波速显著降低，岩体的波速降低率随着质点振速增大而增大：质点振速越大，岩体层裂程度越严重，当质点振速小于临界值，岩体不发生层裂：爆破试验所得出的临界振速25．3cm／s可以作为该顺层岩质边坡爆破开挖时的振动控制标准。     

山区高等级公路边坡岩体分级研究

基于 CSMR 体系,给出了山区高等级公路边坡岩体分级体系的具体形式;运用数理统计原理,给出了 2 种不同结构类型边坡的坡高修正系数计算式;对不同岩性组合类型提出了相应岩性组合修正系数;最后,通过实例对比验证了 HSMR 体系的可靠性。     

露天矿节理岩体边坡稳定性研究

针对眼前山露天矿南帮节理岩体边坡的结构特征,通过现场节理调查及统计分析,采用Monte-Carlo随机模拟方法,进行了节理三维网络的计算机模拟,研究确定了南帮边坡的节理岩体强度和破坏模式。通过滑动面自动搜索及FLAC数值模拟,系统地计算分析了南帮节理岩体边坡现执行开采和调整方案随采场逐渐下延的稳定状况,指出将三并段边坡的台阶坡面角由65°调整为60°可以从根本上改善眼前山露天矿南帮边坡的稳定状况,在矿山服务年限内满足开采的稳定性要求。     

反倾岩质边坡破坏机理模型试验研究

通过室内物理力学模型试验研究发现,对于反倾边坡,其主要的变形破坏形式为倾倒变形折断破坏,破坏首先发生在坡顶;通过试验研究反倾岩层的层面剪切强度(c,?值)、岩层厚度及岩层倾角对反倾边坡变形的影响发现,反倾岩层的层面强度(c,?值)和岩层厚度是影响边坡稳定性的重要因素,而岩层倾角对反倾边坡的变形影响不大。对试验结果进行分析,显示此类边坡的变形破坏过程具有明显的“叠合悬臂梁”的特征,并得出反倾岩质边坡的抗倾覆能力随着反倾岩层的层面强度(c,?值)、岩层厚度及岩层倾角的增大而增大的结论,与工程实际比较吻合。     

椭圆形深凹露天矿稳定性边坡形状确定方法的研究

在假设岩体为连续、均质、各向同性的弹性体，只承受自重应力作用，并对其进行椭圆形喇叭曲面开挖情况下，以椭圆形喇叭曲面边坡上一椭圆岩环为力学模型，假定此岩环的环向应力在各点均相等，且以库仑准则作为岩环的破坏准则，推导出了椭圆形深凹边坡临界稳定性坡面的形状。该边坡形状与传统的稳定性理论确定的边坡形状相比较，可在保证边坡稳定的前提下减少巨大的废石剥离量。     

滑坡监测TDR技术的试验研究

针对时域反射法(TDR)在滑坡监测方面的应用，阐述了TDR技术的基本原理及电磁波在同轴电缆中的传播特性，通过对三种不同型号同轴电缆室内剪切试验，研究了同轴电缆的剪切变形对TDR波形的影响，总结了不同型号同轴电缆的反射系数随剪切位移的变化规律及力学特性。结合实际工程情况，通过浇筑于水泥砂浆填充体中的同轴电缆TDR试验，分析对比了几种试验条件下同轴电缆的TDR特性，提出了一些具有实际工程应用价值的结论。     

地应力对裂隙岩体渗流特性影响的研究

岩体总是赋存于一定的渗流场与应力场中的，研究地应力场对渗流场的影响具有重要的意义。首先分析了裂隙岩体渗流运动的基本规律，研究了应力对渗流作用影响的机理。在此基础上，结合甘肃某工程进行了现场地应力测量及高压压水试验，并且作了大量地表的、钻井岩芯的节理裂隙地质调查，得到了该地区的地应力值和渗透系数值。然后通过回归分析，可以发现该地区渗透系数随地应力值的增大呈负指数递减的变化规律。     

边坡加固机理探讨

根据十几个岩土边坡加固工程的设计、审查和施工经验，对边坡加固中预应力锚索的传力深度、自由段概念、削坡开挖边坡安全系数、群锚形成“岩壳”、补赏张拉等问题进行了讨论。介绍了边坡治理中开挖控制变形工法，总结出施工的6项工法要素为：安全监测、超前支护、分层分段开挖、及时进行坡面支护、加强边坡底部支护和施工工艺管理。着重讨论了预应力锚索钻孔中水泥砂浆芯柱的受力分析，把问题归结为压杆稳定。并介绍了一种新型预应力锚梁结构，该结构大大提高了预应力锚索的承载力，从而使边坡达到更好的加固效果。最后，对边坡加固中的几个重要问题进行分析和探讨。     

水位变化引起分层边坡滑坡的实验研究

通过对分层的边坡在水位变化时滑坡的模拟实验，起的滑坡，重点考察了水位涨落速度对坡体稳定的影响，考察了分层坡体的滑坡模式、坡体变形、破坏和渗流引以及坡面从产生张拉裂缝直到形成滑面的整个过程，并对这类滑坡中的现象给出了定性解释。最后用有限元对实验坡体进行了应力和位移的静力场分析，计算结果与实验结果基本一致。