基于正交设计的露天矿V形槽结构滚石防护试验

交通领域针对滚石防护已开展大量研究工作,但对于矿山而言,因其工程扰动频繁、岩石破碎等特点,滚石防护专项研究甚少,常采用安全平台和清扫平台设计防治滚石。然而,随着开采深度和规模增加,上述方法已无法有效阻挡扩帮扰动产生的大量滚石,滚石伤人和损坏设备事故频发。针对上述问题,以南芬露天铁矿采场下盘边坡滚石防护为例,首先,基于正交试验原理,利用Rocfall程序分别对"安全平台滚石防护措施"进行3指标4因素数值模拟正交试验,对"安全平台上设计V形槽滚石防护措施"进行3指标5因素数值模拟正交试验;然后,对试验结果进行极差分析,揭示2种措施各个因素对滚石运动特征的影响规律;最后,确定2种方法的最优参数组合,并在南芬露天铁矿选择实验区,进行现场对比试验。试验结果证明V形槽结构能够有效防护滚石,可为露天矿山高陡边坡滚石防护提供借鉴。     

四川芦山地震灾害调查与灾后重建的相关问题分析

2013年4月20日四川省芦山县发生Ms7.0级地震,发震断层为龙门山前山断裂,即大川—双石断裂。这是继2008年汶川地震后发生在龙门山断裂带的又一次强震。自4月25日起,笔者先后3次前往地震灾区进行地震灾害调查。本文小结主要的地震灾害情况,并简要讨论了灾后重建可能面临的问题。结果表明:相对于汶川地震,芦山地震的灾害相对较轻;沿发震断裂未发现明显的地表破裂带;崩塌滑坡的总体规模较小,也未出现明显的堰塞湖;滑坡点主要沿发震断层分布,岩性以三叠系上统须家河组地层为主;崩塌点主要出现在河流的峡谷段,岩性以砾岩为主,少量为侵入岩;建筑物损坏严重的基本上为砖木结构以及无圈梁或构造柱的砖混结构民居;灾后重建面临的主要地质灾害问题是主要公路的崩塌灾害以及宝兴县城的泥石流防治。     

Experimental study on the multi-impact resistance of a composite cushion composed of sand and geofoam

In the case of the rockfall hazards, multiple rockfall impacts usually occur. To improve the ductility and the multi-impact resistance ability of the rock-shed, geofoam is proposed to replace part of sand, forming a composite cushion. Two types of geofoam are selected in the paper, namely, expandable polyethylene (EPE) and expanded polystyrene (EPS). A systematic experimental study was conducted to compare the properties of EPE and EPS. The compression tests showed that EPE geofoam had better resilience than EPS geofoam. Under the laboratory multi-impact tests, the buffer performance of the sand-EPE composite cushion performed well under the multi-impacts. However, for the sand-EPS composite cushion, the buffer performance became poor with increased impact number. For the thicker geofoam, the buffer performance of the composite cushion changed slightly from the second impact to the fifth impact, especially for the EPE geofoam. Finally, large-scale rockfall experiments were carried out to further study the buffer performance of different cushions. Compared with EPS geofoam, EPE geofoam was more suitable for improving the capability of the composite cushion to resist multi-impacts, as well as to protect the rock-shed under multiple rockfall impacts.     

都汶公路彻底关大桥桥墩抗滚石冲击防护研究

都(江堰)-汶(川)公路是进出5?12汶川地震极重灾区的生命通道,横跨岷江两岸的彻底关大桥桥墩在5?12汶川地震中被左岸崩落的滚石击中而倒塌,经过恢复重建,新建彻底关大桥于2009年5月12日建成通车。2009年7月25日凌晨4：40左右,岷江右岸高位危岩发生大面积崩塌,巨石再次将彻底关大桥砸毁。经调查,岷江两岸山体存在多处危岩,极有可能再次发生滚石砸毁大桥的灾难性事件。为此,研发一种新型桥墩抗滚石冲击垫层结构,采用非线性有限元对桥墩受滚石撞击过程进行数值模拟研究,考虑滚石撞击过程中材料非线性、几何非线性和接触非线性以及桥墩中的横向箍筋和纵向钢筋的影响,结果表明所采用的垫层防护装置能够有效地缓冲滚石的冲击,大幅度提高桥墩抗滚石冲击的能力,按此思路设计的桥墩防护结构已经竣工3 a,运行效果良好。     

基于PFC2D的土体缓冲落石冲击能力研究

常用的拦石墙、棚洞等落石防护措施均需布置土体来缓冲落石造成的冲击力,其缓冲能力在进行防护措施结构设计时应合理考虑。颗粒流程序PFC2D(Two-dimensional Particle Flow Code)可有效模拟落石冲击土体和结构的动态过程,用来分析不考虑土体缓冲效应下的落石冲击力,结果与瑞士算法基本一致,略大于日本算法。进一步地,取不同厚度的素填土、粉质黏土和砂质粉土3种缓冲土层,分析不同坠落高度条件下落石经过土体缓冲后对结构的冲击力,发现土体的缓冲能力与土层厚度、缓冲能力与坠落高度均大致呈指数函数关系;坠落高度对缓冲能力的影响基本不随缓冲土体选材改变而变化;同样厚度条件下粉质黏土缓冲能力最大,素填土次之,砂质粉土最小。研究成果表明实际工程中缓冲土层厚度宜设定为2~3 m。     

岩崩的成因分析与治理方法研究——以安溪县金溪公路为例

岩体是赋存于大地应力场作用下经历亿万年地壳运动变化的复杂地质体,整体持续稳定是有保证的,但长期以来在内外因素的不断扰动和综合力的作用下,在一定时候将重新应力平衡生成新的应力场,这可能将导致岩帮局部失稳崩落。由于中国山区县普遍存在高陡岩质边坡,引发岩崩毁财毁物伤人常有发生,加强岩崩致灾机理与治理方法研究有着极其重要的现实意义。本文以实际发生地为例,对高陡岩质边坡稳定性问题和治理方法作进一步的探讨。     

落石冲击荷载作用下埋地PCCP应力应变响应

针对影响预应力钢筒混凝土管(PCCP)安全运行的落石冲击问题,以实际工程为原型,利用有限元理论建立了球形落石冲击埋地PCCP的“石-土-管”模型,在完成静力荷载工况计算的基础上,模拟落石冲击埋地PCCP的过程。通过改变落石半径、落石高度,分析不同落石冲击荷载作用下管道的应力和塑性应变规律。研究结果表明:落石冲击对PCCP的破坏主要为环向受拉塑性破坏;相比于落石高度,落石半径的改变对PCCP的影响更大;10 m的悬空高度下,半径超过1.4 m的落石将会使混凝土管芯产生超过16.0×10^-4的塑性应变,砂浆产生超过9.1×10^-4的塑性应变,导致材料出现可见裂缝;冲击荷载对PCCP各部件的破坏顺序是混凝土管芯、砂浆、钢筒和预应力钢丝,且在混凝土管芯开裂后,钢筒和预应力钢丝的Mises应力将会迅速增大并屈服破坏。     

茂县——银杏220 kV输电线路沿线地质灾害成因与特征研究

地处三个构造带间三角地带的茂县—银杏220 k V输电线路是四川电力网络中重要的输电工程,崩塌、滑坡、泥石流等等灾害,严重影响输电线路的安全和正常运行。为探究其与研究区内的崩塌、滑坡之间的关系,在线路沿线地质灾害详细调查的基础上,选取工程地质岩组、坡度、坡向、断裂构造、区域交通建设共5个影响因子,进行地质灾害成因与分布特征研究。结果表明:变质岩类半坚硬岩岩组、岩浆岩类坚硬侵入岩岩组中灾害数量最多,达灾害总数的71.6%;20°~60°的坡度范围内灾害数量占总数的78.7%,滑坡仅分布于40°以下的斜坡中,而崩塌多分布于30°以上的斜坡;E、W向斜坡较其他方向更容易发生灾害;断层对崩滑灾害的显著控制范围约800 m;区域交通建设的影响范围在400m。研究成果对复杂山区输电线路的规划设计及防灾减灾具有重要参考价值。     

落石运动模式与运动特征现场试验研究

落石试验是寻找落石运动敏感因素、探求运动规律和获取运动参数的较好方法。为厘清落石形状、块度大小和运动模式对其运动特征的影响规律,进行了112块落石现场试验;以落石形状、质量和运动弹跳次数为变量,统计分析了水平运动距离、运动速度的变动规律。试验结果表明：不管何种形状落石,运动模式均为滚动和弹跳,无明显滑动段;切坡平台和公路内侧沟槽拦截了59%的试验落石,显示出了良好的拦截能力,可考虑作为被动拦截措施;近球形、方形和短柱状落石水平运动距离、运动速度等均较大,且运动特征类似,而长方形、片状落石运动能力较差,且同长柱状落石运动特征相似,综合而言落石圆柱状假定较球形假定应更符合实际;落石质量越小则运动能力越差,但随机性越大;落石以滚动模式为主时动能损耗大,弹跳为主时则水平运动距离和运动速度较大,落石同坡表的碰撞会急剧改变落石的运动参数与方向。     

基于离散元的滚石灾害被动防护网设计方法研究

被动防护网是边坡滚石灾害的有效防治措施,如何有效、精准和经济地设计被动防护网,对提升抵御自然灾害的综合防范能力具有重大意义。针对频发的滚石灾害,构建了基于离散元的边坡滚石灾害被动防护网设计方法。通过建立精细的边坡、滚石和被动防护网离散元模型,分析滚石运动轨迹、拦截滚石数目以及拦截效率等指标,以确定高度、长度等被动防护网参数;通过监测滚石的速度、冲击能变化为被动防护网选型提供建议;通过分析被动防护网撞击断面上不同位置的形变变化规律,确定最佳防护工况下被动防护网的最大形变位置。以某大型水电站的库区道路建设为例,采用被动防护网离散元设计方法对滚石灾害进行定量分析,确定被动防护网尺寸为长度30 m、高度5 m时较为适宜,该设计能够使碎石拦截效率达到92%,防护网材料应能抵御108.5 kJ的冲击能。根据上述分析可知,基于离散元的边坡滚石灾害被动防护网设计方法能够定量评估滚石灾害的影响范围与影响程度,从而为水利水电、道路、桥梁等工程建设中的滚石防控措施设计提供方法与经验。