滾石坡面碰撞破裂機理試驗及數(shù)值模擬研究.pdf

1、作為一種特殊的地質(zhì)災(zāi)害，滾石災(zāi)害雖然規(guī)模較小，但是因其具有較大的突發(fā)性和不確定性，已經(jīng)對國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財產(chǎn)造成了巨大危害。開展?jié)L石坡面碰撞研究對探究滾石坡面碰撞機理，分析滾石坡面碰撞破裂效應(yīng)進(jìn)而修正坡面碰撞模型有重大的意義。
　　本文通過系統(tǒng)的坡面碰撞試驗和數(shù)值模擬分析，探究了碰撞速度、滾石力學(xué)性質(zhì)、碰撞角度和滾石尺寸對滾石碰撞破裂特征的影響，分析了滾石碰撞破裂條件下碰撞恢復(fù)系數(shù)的變化規(guī)律，主要內(nèi)容和基本認(rèn)識如下:
　　

2、(1)在文獻(xiàn)調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析比較了各種巖石試樣預(yù)損傷方法的優(yōu)劣，提出高溫加熱的方法制備巖石試樣，并通過一系列試驗檢驗了高溫?fù)p傷效果。試驗表明:高溫加熱將導(dǎo)致花崗巖試樣質(zhì)量略微減小并產(chǎn)生不可逆的體積膨脹。花崗巖的單軸抗壓強度、劈裂抗拉強度、彈性模量和縱波波速均隨溫度的升高而降低。一般在400℃以內(nèi)，溫度的影響較小;隨著溫度的升高，巖石性質(zhì)損傷劣化程度加劇。綜合比較各種力學(xué)參數(shù)，采用基于縱波波速的巖石完整性指標(biāo)作為巖石試樣損傷指標(biāo)效果較好

3、。
　　(2)在自主研制的滾石碰撞系統(tǒng)上對不同特征的滾石試樣進(jìn)行一系列室內(nèi)碰撞試驗，詳細(xì)分析了滾石力學(xué)性質(zhì)、碰撞速度、入射角度和尺寸大小等因素耦合作用下的滾石坡面碰撞破裂機理，探討了碰撞破裂對滾石運動特征的影響。結(jié)果表明:滾石力學(xué)性質(zhì)和碰撞速度是控制滾石碰撞破裂的主要因素，滾石力學(xué)性質(zhì)越差，碰撞速度越大，滾石碰撞越破碎。滾石破裂存在法向速度閾值，隨著力學(xué)性質(zhì)的劣化，破裂法向速度閾值減小。碰撞入射角對滾石碰撞破裂及能量恢復(fù)系數(shù)影響較

4、大;碰撞破裂不但會引起滾石總的能量恢復(fù)系數(shù)減小，而且會造成個別碎塊具有較大速度。
　　(3)采用三維動力有限元軟件LS-DYNA，對滾石坡面碰撞過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，基于試驗獲得的滾石坡面碰撞破裂特征和結(jié)果，對數(shù)值模型及其參數(shù)進(jìn)行調(diào)整與校驗，結(jié)果表明:采用參數(shù)優(yōu)化后的土/混凝土模型，可以較好的反映滾石碰撞破裂特征。滾石的抗拉強度對破裂特征影響較大，而坡面的結(jié)構(gòu)形式、邊界條件以及力學(xué)參數(shù)對滾石碰撞恢復(fù)系數(shù)有較大的影響。在此基礎(chǔ)上，采