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落石冲击拦石墙的动力响应模拟研究

公路交通科技 2022年第3期39卷 21-29页

作者：吕泽鹏刘红岩中国地质大学(北京)工程技术学院北京100083

为深入研究落石冲击作用下拦石墙的动力响应特征,以达到提高拦石墙结构设计安全性的目的,基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了相应的有限元模型。首先结合已有的模型试验以及常见的冲击力计算公式验证了有限元模型的可靠性,然后重点分... 详细信息

为深入研究落石冲击作用下拦石墙的动力响应特征,以达到提高拦石墙结构设计安全性的目的,基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立了相应的有限元模型。首先结合已有的模型试验以及常见的冲击力计算公式验证了有限元模型的可靠性,然后重点分析了落石质量、落石冲击速度、落石冲击角度、落石形状等4个因素对落石冲击拦石墙结构动力响应的影响规律。动力响应评价从冲击力、冲击变形、拦石墙Mises等效应力3方面进行。结果表明:冲击力、冲击变形、拦石墙Mises等效应力与落石质量、落石冲击速度呈正相关;法向冲击力、冲击变形与落石冲击角度呈正相关,且冲击角度为90°时,法向冲击力达到最大;切向冲击力随落石冲击角度的增加呈先增大后减小的趋势,切向冲击变形与落石冲击角度呈负相关;拦石墙Mises等效应力与落石冲击角度呈正相关;落石形状对动力响应影响较大,长方体落石产生的冲击力、拦石墙Mises等效应力分别为球体落石的4~7,4~6倍,冲击变形为球体落石的1/4~1/3;长方体落石与缓冲层接触面积越大,冲击力、拦石墙Mises等效应力越大,冲击变形越小。针对具体的拦石墙工程问题,应正确认识落石冲击作用下拦石墙的动力响应规律,才能采取有效的措施,减少不必要的损失。

关键词：道路工程动力响应数值模拟拦石墙落石

滚石冲击EPS新型复合拦石墙现场原位试验研究

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铁道建筑 2023年第2期63卷 139-145页

作者：李虎成中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

以聚苯乙烯泡沫(Expanded Polystyrene,EPS)新型复合拦石墙板为研究对象,以合璧津高速公路危岩防护工程为背景,首次开展滚石冲击拦石墙现场大型原位试验,研究滚石冲击EPS复合拦石墙动力作用过程,揭示EPS泡沫板在滚石灾害防治结构设计中... 详细信息

以聚苯乙烯泡沫(Expanded Polystyrene,EPS)新型复合拦石墙板为研究对象,以合璧津高速公路危岩防护工程为背景,首次开展滚石冲击拦石墙现场大型原位试验,研究滚石冲击EPS复合拦石墙动力作用过程,揭示EPS泡沫板在滚石灾害防治结构设计中的耗能减震机理。采用有限元分析软件验证了现场试验结果的准确性,并讨论了钢板夹层厚度对结构耗能效率的影响,为提高结构抗冲击性能引入钢管耗能器进行结构优化。结果表明:EPS复合拦石墙降低了滚石冲击接触压力,最高可达43%;保持EPS缓冲层厚度不变,其材料密度越小,则耗能效果越显著,但EPS缓冲层密度降低的同时也将导致复合结构的抗冲切破坏能力下降;钢板夹层越厚,结构耗能效果越好,相较于15 mm钢板,35 mm钢板耗能效果可提升约25%;布设耗能器可有效提高结构抗冲击能力,且在结构中心位置布设耗能器时效果最佳,耗能效果提升31.8%;耗能器个数与结构耗能效果呈正相关关系。

关键词：边坡拦石墙现场原位试验数值模拟 EPS缓冲材料动力响应滚石

墙后填土抗剪强度指标对拦石墙截面尺寸的影响

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水电能源科学 2011年第3期29卷 110-112页

作者：李丽华袁恒江立群中煤国际工程集团重庆设计研究院重庆400016

基于拦石墙的稳定性计算方法,以白庙子滑坡为例,选用不同强度特性的填土作为墙后填土,分析了墙后填土的强度特性对拦石墙截面尺寸的影响。结果表明,在抗滑与抗倾覆安全系数一定的前提下,随墙后填土内摩擦角和粘聚力的增加拦石墙的宽度减... 详细信息

基于拦石墙的稳定性计算方法,以白庙子滑坡为例,选用不同强度特性的填土作为墙后填土,分析了墙后填土的强度特性对拦石墙截面尺寸的影响。结果表明,在抗滑与抗倾覆安全系数一定的前提下,随墙后填土内摩擦角和粘聚力的增加拦石墙的宽度减小,墙后填土内摩擦角和粘聚力的增加有利于减小墙体截面尺寸,可达到设计经济的目的。

关键词：墙后填土特征拦石墙截面尺寸抗剪强度

落石冲击荷载作用下加筋土拦石墙应力分布及扩散研究

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落石冲击荷载作用下加筋土拦石墙应力分布及扩散研究

作者：张越臣重庆大学

学位级别：硕士

在我国绝大部分地区,落石灾害是最为常见的自然灾害之一,其具有突然性、随机性、规模小和破坏强的特点,对其全面有效地治理比较困难。落石灾害一旦发生会危及生命,造成极大的财产损失。因此,寻找有效的落石灾害治理方法显得尤为重要。... 详细信息

在我国绝大部分地区,落石灾害是最为常见的自然灾害之一,其具有突然性、随机性、规模小和破坏强的特点,对其全面有效地治理比较困难。落石灾害一旦发生会危及生命,造成极大的财产损失。因此,寻找有效的落石灾害治理方法显得尤为重要。加筋土拦石墙凭借其拦石效果好、抗冲击能力强、经济性强、易修复等优良特点,开始被广泛应用于拦石工程中。现阶段对于落石冲击荷载作用下加筋土拦石墙的研究主要停留在试验现象定性分析阶段,对于其内部冲击应力分布规律及扩散机理研究尚少。因此,为指导加筋土拦石墙结构设计和工程应用,开展落石冲击荷载作用下加筋土拦石墙应力分布和扩散研究十分必要。本文设计并开展了加筋土拦石墙和板桩拦石墙抗冲击模型试验、并结合理论分析和数值模拟,探究了落石冲击荷载下加筋土拦石墙的应力分布及扩散机理。主要内容包括:（1）设计并开展落石冲击作用下加筋土拦石墙和板桩拦石墙大型模型试验。通过不同冲击能量的落石冲击拦石墙试验,得到拦石墙内部冲击应力分布规律、加速度响应及墙面位移变形规律。结合板桩拦石墙试验结果,得出了加筋土拦石墙应力扩散模式,分析了应力分布规律和扩散的三个演变阶段。并且对比分析了加筋土拦石墙和板桩拦石墙冲击应力分布及扩散机制的异同。试验结果表明,根据拦石墙内部峰值应力变化规律将拦石墙在冲击荷载作用下的应力分布规律大致分为三个阶段:（1）冲击密实;（2）裂隙发育;（3）破坏。试验研究表明加筋土拦石墙在落石冲击下应力分布及扩散机制和抗冲击性能均优于板桩拦石墙。（2）进行了落石冲击作用下加筋土拦石墙内部应力分布规律理论分析。目前基于Hertz弹性碰撞理论是计算落石冲击力的有效计算方法之一,但其参数一般适用于刚性弹性碰撞体。本文基于能量法对刚性拦石墙所受冲击力公式进行修正,使其适用于具有柔性特征的加筋土结构。并结合能量法修正的Hertz接触理论冲击力公式和Boussinesq方程,进一步研究了加筋土拦石墙内部冲击应力分布规律,总结得出加筋土拦石墙内部应力分布及扩散机理。与试验结果对比得出,加筋土拦石墙应力扩散效果较为明显,呈波纹形扩散模式,证明加筋土拦石墙具有较强的柔性特征,其抗冲击性能优于板桩拦石墙。（3）通过开展落石冲击荷载作用下加筋土拦石墙和板桩拦石墙数值模拟研究,探究及分析加筋土拦石墙内部冲击位移规律和应力分布及扩散规律。通过改变加筋土拦石墙受不同落点、不同能量、不同冲击角度下落石冲击情况进行数值模拟,对不同影响因素下加筋土拦石墙内部位移和应力分布影响规律开展研究。数值模拟结果表明,与板桩拦石墙相比,加筋土拦石墙应力扩散效果较好,应力集中现象不明显,冲击应力被筋材扩散到结构整体,其冲击应力衰减速率小于板桩拦石墙,抗冲击性能优于板桩拦石墙。影响因素分析表明,冲击角度、冲击落点位置和能量对加筋土拦石墙冲击位移规律和应力分布及扩散产生一定影响。

关键词：落石冲击加筋土拦石墙应力分布扩散

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落石冲击作用下拦石墙结构的稳定性研究

落石冲击作用下拦石墙结构的稳定性研究

作者：陈玮三峡大学

学位级别：硕士

作为三大山地灾害之一的落石灾害,边坡落石经常发生在地势险峻的山区,虽然其规模较小,但由于落石的随机性、高突发性等特点,使得目前工程防护有一定的困难。随着我国西部大开发的持续推进,高速铁路及公路隧道向山区不断延伸,落石灾害成... 详细信息

作为三大山地灾害之一的落石灾害,边坡落石经常发生在地势险峻的山区,虽然其规模较小,但由于落石的随机性、高突发性等特点,使得目前工程防护有一定的困难。随着我国西部大开发的持续推进,高速铁路及公路隧道向山区不断延伸,落石灾害成为影响道路安全施工、列车安全通行的主要因素之一。作为落石防护措施中较为常用的拦石墙工程,可有效拦截体积较大的落石。由于目前国内对于落石冲击拦石墙的冲击荷载计算方式过于简化,导致工程中拦石墙设计不当而出现破坏或失稳的例子经常发生。因此开展落石对拦石墙结构的冲击影响研究是非常必要,具有重要的工程实际意义和价值。本文以山区边坡上应用较多的拦石墙结构作为研究对象,通过分析落石冲击效应的影响因素,采用数值模拟和室内模型试验两种方法,系统分析了落石形状、重量、下落高度、缓冲土层材料及厚度等因素对落石冲击力、陷入深度、扩散角的影响,并将落石冲击力拟合成与各因素有关的计算公式,结合传统力学分析将落石冲击效应代入最为常见的圬工拦石墙的结构设计中,进行拦石墙的稳定性分析,为拦石墙结构的设计提供参考依据,最后结合具体的工程实例进行稳定性验算,验证了本文研究成果的有效性。首先,根据落石和拦石墙系统结构特征进行简化,利用单个球单元或多个球单元的组合模拟落石或缓冲土层,采用墙单元模拟拦石墙结构,运用PFC2D进行建模,通过与国内外代表性的落石冲击力计算方法对比分析获得模型的相关细观参数。然后通过数值模拟试验分析了落石形状、重量、下落高度及缓冲土层材料及厚度等因素对落石冲击力及陷入深度的影响规律,应用指数函数对落石冲击力的计算公式进行了拟合,最后通过缓冲土层内部的应力变化范围,计算获得了各土层材料的冲击扩散角。采用室内模型试验方法,分析了在不同落石大小、下落高度、缓冲土层材料及厚度条件下,落石冲击造成缓冲土层内部及拦石墙结构应力的变化,通过试验结果计算了各缓冲土层材料的冲击扩散角,验证了落石冲击扩散为圆锥形的扩散形式。结合PFC2D模拟和室内模型试验的结果,将落石冲击效应理论应用到拦石墙结构设计当中,对拦石墙的稳定性验算进行分析,结合具体工程实例验证了本文落石冲击效应理论的有效性。

关键词：落石灾害拦石墙颗粒流落石冲击力稳定性验算

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危岩拦石墙计算方法研究

中国地质灾害与防治学报 2005年第3期16卷 12-15,30页

作者：唐红梅重庆交通学院岩土工程研究所重庆400074

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... 详细信息

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。将拦石墙土堤等效为连续土板,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。

关键词：危岩拦石墙落石冲击扩散连续桩板结构计算方法万州太白岩

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地质环境治理中挡土墙及拦石墙的应用

西部探矿工程 2011年第10期23卷 123-124页

作者：张艳春刘亚军河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程大队河北秦皇岛066000

地质环境治理中经常遇到崩塌、危岩体等地质灾害体用挡土墙或拦石墙进行治理,虽然两种施工方法有诸多相同点,但是它们是有着本质的区别的。

关键词：挡土墙拦石墙地质环境治理

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钢筋混凝土悬臂式托盘拦石墙的应用

路基工程 1989年第6期 67-70页

作者：魏金荣福州铁路分局永安工务段

一、病害概述鹰厦线K448～K451线路穿越戴云山脉,迂回于陡峻的狭谷之中。线路右侧是高陡的山坡,左侧沿着水流湍急的新桥河,桥隧相连,此段岩层节理发育,加之建路时采用大爆破施工,破坏了山坡稳定,造成崩坍落石病害。为了防止这类病害,建... 详细信息

一、病害概述鹰厦线K448～K451线路穿越戴云山脉,迂回于陡峻的狭谷之中。线路右侧是高陡的山坡,左侧沿着水流湍急的新桥河,桥隧相连,此段岩层节理发育,加之建路时采用大爆破施工,破坏了山坡稳定,造成崩坍落石病害。为了防止这类病害,建造了一些明洞和大型护墙。有些大型崩坍因受地形限制,无法修建大型防护建筑物,每当雨季还经常落石,这些地段都要列为长期看守点或是重点巡守地段。

关键词：拦石墙落石节理发育悬臂式桥隧相连地形限制爆破施工明洞防护建筑物鹰厦线

微型钢管桩拦石墙在地质灾害治理施工中的应用

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四川地质学报 2020年第3期40卷 455-458,476页

作者：杨进蹇代君袁磊唐晓玲陈新何海清四川省地质工程勘察院集团有限公司成都610072

结合九寨沟景区地质灾害治理工程中微型钢管桩基础拦石墙的应用,本文结合拦石墙地基所处位置的地质环境、地形地貌及岩土结构;从施工工艺、施工安全及进度等方面对微型钢管桩实施可行性进行了分析。同时通过对本项目钢管桩的桩体结构构... 详细信息

结合九寨沟景区地质灾害治理工程中微型钢管桩基础拦石墙的应用,本文结合拦石墙地基所处位置的地质环境、地形地貌及岩土结构;从施工工艺、施工安全及进度等方面对微型钢管桩实施可行性进行了分析。同时通过对本项目钢管桩的桩体结构构造、布置形式、群桩连接以及桩体与上部肋柱拦石板的连接方式等的改进,进一步探讨了微型钢管桩基础拦石墙代替传统的人工挖孔桩基础拦石墙可能存在的薄弱部位,提出了进一步改进及优化措施。

关键词：微型钢管桩拦石墙崩塌 “8•8”地震九寨沟景区