落石冲击荷载计算方法研究

作     者：王玉锁 田四明 杨竣翔 王明年 王伟 李传宝 赵状 肖鹏 

作者机构：西藏大学工学院 西南交通大学土木工程学院 中国铁路经济规划研究院有限公司 

出 版 物：《西南交通大学学报》 (Journal of Southwest Jiaotong University)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

基　　金：中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划重点课题(N2021G005) 四川省自然科学基金(2022NSFSC1127) 中央高校基本科研业务费专项资金资助(2682023CX075) 

主　　题：落石冲击荷载 缓冲土层 综合反射系数 落石冲击力 

摘      要：为明晰落石冲击力与冲击荷载的关系，引入能反映落石、缓冲土层及结构间相互作用的综合反射系数（其值越大说明对结构的冲击效应越显著），提出基于波动理论的落石冲击荷载计算方法。利用落石冲击上覆缓冲土层拱形结构试验研究了落石冲击荷载的大小和分布特征，得到综合反射系数的取值和影响规律，利用所提出的计算方法分析了落石冲击荷载和落石冲击力的关系。通过研究，明确了结构的落石冲击荷载在横剖面上呈对称抛物线分布形式，可由拱顶处最大冲击压力峰值和结构跨度控制的二次抛物线曲线方程表征。结果表明：在落石自由下落高度10m及缓冲土层厚2m范围内，综合反射系数与缓冲土层厚度呈显著负相关性，缓冲土层厚度2m时其受落石形状及下落高度影响较小，可取0.55；当厚度为1m和0.5m时立方体落石的综合反射系数要大于球面体或锥体落石，且与落石下落高度呈正相关性。结构所受落石冲击荷载的合力与落石对缓冲土层的冲击力二者间的大小关系与缓冲土层厚度和落石形状有关：当缓冲土层厚为2m时二者接近，前者稍小于后者，将落石冲击荷载合力等于落石冲击力对结构设计是偏于安全的；当缓冲土层厚小于2m时则反之，且厚度越小相差的倍数越大，缓冲土层厚1m时，立方体落石的平均增大约20倍而球顶锥体的增大约3倍，缓冲土层厚0.5m时，两种形状平均增大分别约30和10倍；相同条件下，立方体落石的冲击荷载合力大于球顶锥体，且随落石下落高度增大或缓冲土层厚度减小，立方体与球顶锥体相差倍数越大。