基于概率统计理论的滚石运动轨迹数值模拟

滚石作为边坡特别是高陡边坡的一种浅表部破坏方式,是严重的地质灾害之一。因其具有突发性高、随机性强,发生频繁和破坏形式复杂等特点,一直是边坡工程勘察治理中的重点和难点。结合四川省南江县杨树村危岩处治工程,运用滚石分析软件对滚石运动轨迹进行数值模拟,分析了危岩段潜在滚石的运行轨迹——最远运移距离和最大弹跳高度以及不同位置的冲击动能和运行速度,探讨了数值模拟在滚石处治设计中的应用。模拟计算结果为“滚石的运动路径已覆盖公路及附近的房屋,严重影响公路的正常运行和居民安全”。设置拦石墙和种植乔木进行滚石防护后,保障了     

滚石冲击荷载下垫层材料的动力响应研究

棚洞垫层结构能有效地耗散滚石冲击能量,大幅度降低滚石冲击力,是滚石防护棚洞设计的关键参数。本文以Hertz接触理论为基础,考虑棚洞土垫层的弹塑性特性,运用动力有限元数值仿真技术,研究了滚石法向冲击荷载下耗能垫层结构,分析了滚石冲击速度、半径对垫层土体动力响应规律的影响,为棚洞垫层结构优化设计提供理论依据。计算结果表明:按照完全弹性理论计算过高地估计了滚石冲击力;滚石冲击能量主要转化为土垫层的塑性变形;土石垫层结构能有效地吸收滚石冲击能量,大大降低滚石对棚洞结构的冲击力。     

某铁路线崩塌落石危险性评估与防护措施研究

采用三维激光扫描技术建立高精度地形模型,运用Rocpro3D软件对某铁路线某点位#3危岩区滚石影响范围及防治措施进行模拟研究.结果表明:现有防护措施下,落石滚落过程中存在明显的归槽现象,公路处滚石灾害等级为高和非常高,下部铁路处灾害等级为中等和高,受滚石威胁较大;在坡脚处补充三道被动防护网后,显著降低了落石滚落至铁路路...     

基于3-D DDA的高速公路隧道出口边坡滚石灾害防治措施研究

近年伴随着滚石灾害的频繁发生，人民生命财产受到严重威胁，应加快对其防治措施的研究。以猴屿隧道为例，基于三维DDA模拟风化花岗岩危岩体形成的滚石在其出口边坡上的下落轨迹和冲击特性。运动轨迹及冲击荷载结果表明，危岩区上边缘部分高位滚石到达防护网位置时速度大于20 m/s,弹跳高度超过4 m,冲击荷载大且可能翻越防护网，危及洞口安全，单独在坡脚处的工程措施很难完全防治从边坡上缘右侧的滚石。建议在隧道施工前对危岩体采取以下处治措施：(1)对于上边缘右侧的危岩体和孤石，体积小于2 m³的直接清除，体积大于2 m³的控制爆破炸碎后清除；(2)对于嵌入山体内无法清除的不稳定岩体，对表层危石进行清除，直至无法清除后，进行裂隙注浆+锚固+防护网加固；(3)对于上边缘左侧无法清除的大体积危岩体和孤石，根据孤石形态与嵌固特点采用片石混凝土嵌补、锚杆混凝土基座嵌固和主动防护网等方式进行加固；(4)在上述措施基础上，可以采用被动防护网拦截剩余小体积滚石。     

RocFall软件在公路边坡危岩崩塌运动路径分析中的应用

以重庆市万州区三湾公路边坡危岩为典型代表进行分析,采用RocFall软件对危岩失稳崩塌的运动路径特点进行研究,得到落石运动距离、落石弹跳高度等图表与数据,以期对危岩的工程防治提供辅助作用。     

山区铁路危岩落石运动特征及防治研究

以燕山中山区某高陡边坡危岩落石地段铁路路基为依托,根据危岩落石发育特征及现场调查资料,运用ROCKFALL软件建立高陡边坡落石运动分析模型,系统研究落石运动特征;揭示落石弹跳和冲击特性;预测落石运动轨迹和落点分布规律,统计分析出陡坡上约7.5 %的危岩体失稳后将侵入路基,在此基础上提出了在陡崖顶部设置1道张口式帘式网的防治设计方案。     

落石模拟系统在柔性防护网设计选型的运用

为保证防护网设计能更接近实际情况。运用三维扫描仪对存在病害的路基边坡地形走势进行扫描,获取既有边坡横断面的三维扫描影像,通过数据处理集成软件获取边坡三维坐标点,从中选取本段路基有代表性的路基横断面,通过落石运动分析软件模拟坡面滚石情况,对滚石的弹跳高度、运动速度及冲击能量等危石运动参数进行模拟分析,以此确定柔性防护网设计类型等参数。通过落石运动模拟进行辅助分析,使边坡危石处理防护设计方案更符合现场实际情况。     

边坡滚石破坏及防护技术研究

为了有效防治高速公路边坡发生岩石滚石破坏,基于能量守恒定律建立了边坡滚石飞落模型,综合考虑边坡坡型、地面摩擦因数等因素推导了岩石滚落轨迹方程,并根据所建立的模型计算出滚石水平运动距离及滚石在防护栏处的撞击能,从而提出合理的道路防护方式.研究结果表明:滚石撞击坡面后的水平运动距离小于撞击点到公路路缘的水平距离,滚石飞落至地面的撞击能为142 kJ,设计采用型号为AXI-015(防护能级为150 kJ)的被动防护网,可对高速公路坡面滚石灾害进行有效防护.     

控制爆破在清除高陡边坡危岩体中的应用

西成高铁广元段赵家岩隧道出口,存在危岩,威胁安全。为此,针对高陡边坡危岩体所处的特殊复杂环境,采用爆破清除危岩。爆破前,采取混凝土填塞、锚杆支撑、防滚石挡墙等措施。同时采用不耦合装药、孔内延期和孔外延期结合等多种控制爆破技术措施,实施深孔控制爆破和浅孔控制爆破相结合,成功对危石进行了爆破清除。     

高速公路边坡滚石运动学参数敏感性研究

滚石是公路边坡工程中一种常见的动力地质灾害。正确估算滚石运动轨迹是经济合理地进行防护结构设计的基础。滚石运动轨迹受多种参数的影响,准确把握各运动学参数对防护结构设计控制指标的敏感性,可以更加有针对性地进行滚石灾害防治工作。将正交试验设计与基于运动学的滚石运动轨迹数值计算方法相结合,以景鹰高速公路DK27+120里程附近边坡滚石灾害为例,将3类防护结构设计控制指标作为试验指标,将5种影响滚石运动轨迹的参数作为试验因素,应用正交试验表安排滚石运动轨迹数值计算试验,进行3指标5因素正交试验。通过试验结果的极差分析与方差分析,对滚石运动学参数的敏感性以及显著性进行分析和检验,确定影响防护结构设计控制指标的主要参数,为该路段边坡滚石灾害的防治提供科学依据。     

滚石运动模拟分析与危险性评价

随着公路在山区的建设和使用,危岩体不断地威胁着公路的安全使用。以茂县渭门乡危岩体为例,运用Rockfall软件对滚石的运动轨迹、冲击动能进行模拟,并通过赫兹碰撞理论、质点弹性理论接触问题两种计算方法,分析和求解滚石对行车的最大冲击力;从而得到滚石下落的落点区域主要集中在公路上、滚石下落到公路区域时的动能以及滚石撞击汽车时最大冲击力,综合判定危岩体对公路安全使用造成的危害,必须采取有效措施加以防治,确保安全。     

道路边坡危岩落石运动路径研究

为了研究公路边坡落石灾害的危害程度和危害风险,利用数值分析手法计算了危岩落石在沿坡面的完整运动路径。根据边坡坡度、落石和山坡面的减衰系数、落石速度等,提出一种减衰反弹接触法(DROM)的落石运动路径分析手法,以探究落石的运动特征、方向和角速度。考虑落石为多边体的非质点刚体,利用刚性的回转运动建立非质点的运动方程式。在二维落石运动路径的实例数值分析中,明确了落石水平垂直方向的运动路径、角速度和跳跃高度,为防灾减灾的工程措施提供必要的计算数据。     

山区公路高陡边坡引导式柔性缓冲系统的设计方法

为了进一步推广引导式柔性缓冲系统的工程应用，验证其防护性能和可靠性，依托渝黔线高速公路区间内某山区桥梁的高陡边坡落石防护工程，开展了工程设计计算，并对引导式柔性缓冲系统的防护性能进行分析。首先利用无人机航测建立防护区域的三维模型，明确了桥梁结构与边坡的空间位置关系和防护需求；基于危岩体实际特征对5个边坡纵断面开展了落石运动轨迹分析，根据弹跳高度和冲击动能包络值确定防护高度和防护能级指标；初步设计了引导式柔性缓冲系统的部件规格参数，建立了系统的有限元模型，并通过与关键部件试验数据对比验证了数值模型的有效性；基于离散元-有限元耦合算法，分别验算了相同初始动能的单体落石和多体落石2种工况下引导式柔性缓冲系统的内力，对比分析了有无防护时落石灾害对桥梁结构的侵害情况，从而验证了防护效果。计算结果表明：满足设计要求的引导式柔性缓冲系统能够有效抑制落石弹跳高度，从而避免落石侵限和撞击桥梁结构；引导式柔性缓冲系统关键部件内力响应均未超过设计限值，但不同工况下相同部件的内力峰值差异较大，因此，应采用各工况内力包络值进行设计，且关键构件的承载力安全储备系数不应小于1.2；防护全过程的耗能机制主要由系统塑性变形、系统阻尼以及落石与边坡和系统的摩擦碰撞3部分构成，其中塑性变形和摩擦碰撞耗能占主导地位，可分别按40%和60%的比例进行设计；拦截区段和引导区段的设计耗能比例系数可分别按0.7和0.3考虑，各区段中的主要耗能部件均为耗能器和环形网片。在此基础上，提出了基于能量匹配原理的引导式柔性缓冲系统的工程设计方法及流程，并建议了针对不同性能目标的多水准设计策略，以期发挥系统更大的防护潜能。     

帘式网在门头沟灵山路边坡落石防护工程中的应用

公路的边坡落石常给运输安全造成危害,对存在落石隐患的边坡进行有效防护能为公路的安全运营提供保障。传统的刚性边坡稳固阻挡技术存在工程量大、施工难、费用高等不足。以北京门头沟灵山路K7+530~+600段边坡落石防护工程为研究对象,经过前期勘察、方案论证、方案设计、工程应用等,成功将覆盖式帘式网应用于该路段边坡落石的防护。实践表明:在工程完工后的三个月时间里,成功拦截了质量为200,3 200,15 000 kg的落石,防护效果明显,确保了公路运输安全。     

高边坡倾倒式危岩体落石分析及防护设计

现有的路堑高边坡由于当时开挖作业,必然改变了坡体的应力状态以及应力路径;由于卸荷的作用,坡体内部的节理裂隙张开,在开挖边坡面附近的坡体一定范围内形成了松弛区。松弛区内部分危岩体脱离母岩,形成落石。针对广州地铁南沙平高边坡施工过程中引发的落石进行计算分析,对比考虑坡体植被阻尼作用条件下与未考虑坡体植被阻尼作用落石运动状态、停留位置、运动时间和速度特征以及与坡面碰撞等,并采用柔性支护方式拦截落石。结果表明:植被对落石阻尼作用明显;柔性防护措施有很好的工程效果。     

影响落石距离相关因素分析及预测研究

通过室内模型试验,研究了不同落石形状、质量、边坡覆盖层厚度对落石水平距离的影响程度。结果表明:形状对落石距离影响最大,质量无明显影响,边坡覆盖层在减少落石距离的同时也增加了变动区间。用偏移比公式对落石距离进行处理得到建议偏移比取值为0.3。将边坡平均坡度、边坡高度、坡面条件、落石质量、落石形状作为输入因子,运用BP神经网络模型进行预测,预测结果表明,该模型能很好地预测落石距离。     

地震诱发崩塌滚石的运动特性及防护研究

地震是造成崩塌滚石灾害的诱因之一。以青川某崩塌滚石灾害为例，运用DDA方法，对地震诱发斜坡危岩破坏，发生崩塌滚石的运动过程进行了模拟及研究。结果表明:地震诱发的危岩体因地形及高程产生放大效应时，破坏加剧，运动能力增强；崩塌滚石运动主要以滑动、滚动、跳跃为主；坡面摩擦增大时，能够显著限制滚石的运动能力；DDA方法能够模拟崩塌滚石的运动路径，可以为防护结构的设置位置提供依据。     

组合式消能棚洞结构受荷性能研究

落石棚洞是公路交通中常见的危岩地质灾害防治结构，可分为靠垫层来吸收落石冲击能量的传统落石棚洞和靠弹簧耗能减震来吸收冲击能量的新型落石棚洞两类。运用薄板理论、结构力学以及变形协调理论对组合式消能棚洞结构受荷性能进行了研究，得到了顶板在落石冲击力作用下内力解析解以及棚洞横梁、纵梁的内力计算表达式。以国道G319武隆境内的某棚洞为例，对消能棚洞的内力进行了分析，采用消能棚洞结构形式后，横梁最大弯矩以及纵梁上下侧最大弯矩分别降低了15.0%，17.3%和6.9%，说明消能棚洞结构内力消减效果明显，较大地提高了其承载能力。