落石冲击破坏特性试验研究

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1、落石冲击破坏特性试验研究　　摘要：针对落石碰撞地面后解体这一现象，对落石解体全过程进行了全面而详细的论述。由应力波的传播速度与荷载加载速度得出裂纹扩展方向为从底部至顶部的结论，从应力角度对已有冲击力计算经验公式进行了分析，提出了一种冲击力计算公式，并推出了临界破裂高度，从能量角度建立了可用于定量计算的落石解体能量方程，并通过实验对上述理论进行了验证。结果表明，在垂直于加载方向上，拉应力超过抗拉强度时落石解体，解体后的运动方式可由落石解体能量方程给出。　　关键词：解体冲击力能量守恒落石　　中图分类号：TU451文献标识码：A文章编号：1674-098X（2017）02（a）

2、-0039-05　　Abstract：Inreactiontothephenomenonthatrockfalldisintegratesafterthecollisionwiththeground，weexpoundthewholeprocessofrockfall’sdisintegrationcomprehensivelyanddetailedly.Acrossthespreadspeedofthestresswaveandtheloadingspeed，weconcludthatthedirectionofcrackgrowtharisefromthebottom

3、tothetop.Acrossthestress，weanalyzetheempiricalequationofimpactforceandputforwardanewcomputationalformula.Thentheruptureheightislaunched.Consideringtheenergy，weestablishanenergyequationofrockfall’sdisintegrationforquantitativecalculationandverifythistheoryacrossanexperiment.Theresultindica

4、testhattherockfallbreaksupwhenthetensilestressexceedsthetensilestrengthinthedirectionperpendiculartotheload.Theenergyequationgivesoutthemovementwayafterthedisintegration.　　KeyWords：Disintegration；Impactforce；Conservationofenergy；Rockfall　　危岩崩塌是次生型地质灾害，落石是其中最常见的灾害。OlssonR分析了冲击力与土层之间的关系式[1]

5、；CoròD等对阿尔卑斯山地区崩塌落石的时空特性进行了分析[2]；AtkinsonC等研究了巴西圆盘开裂试验，建立了能量释放率计算公式，建立了能量释放率与应力强度因子相对应的计算公式[3]；RamuluM等对玄武岩破裂进行了研究，得到了其循环爆破冲击的关系式[4]；DaudonD等将离散元数值模型构建技术用于分析岩石解体，结果表明，岩石解体能量耗散与颗粒形状以及边坡几何特征对有很大关系[5]；KirkbyMJ和StathamI建立了岩石路径计算模型[6]；郭绍平等对冲击力的计算方法进行了详细分析并进行了创新改进[7]；袁进科等进行了一系列试验，研究了和落石接触的各种地面因

6、素对落石最大冲击力的影响[8]；金解放等为了研究岩石损伤累积演化特征，进行了动静组合荷载的试验，提出了在这种情况下的数学模型[9]；苏承东等为了研究局部剪切失稳破坏和全面剪胀失稳破坏之间的关系，对岩石进行了压缩试验，结果表明，岩石的锥形破坏常发生在高应变速率下[10]；左建平等建立了脆性岩石能量跌落系数，研究了循环加载、循环卸载，得到了输入能、耗散能、机械能、弹性应变能、塑性应变能等在岩石变形破坏全过程的具体情况[11]；宋义敏等研究了局部化带的演化，分析了加载过程、卸载过程、能量积累、能量释放等对岩石试件的影响关系[12]；周辉等分析了ωs和ωv在岩石破坏屈服时的变化曲

7、线，分析了危岩破坏屈服机制[13]。该文对落石进行了高处掉落?_击试验，并对研究结果进行了分析解释。　　1宏观过程：裂纹从底部扩展至顶部　　用ansys模拟砂岩落石如图1所示，密kg/m3，弹性模N/m2，剪切模N/m2，泊松，直径1m，碰撞前速度10m/s，地面为刚性，速度变化结果如图2所示。结果显示，碰撞至压缩量最大时，用时为斜直线的一半，即0.00025s，则加载速度4000m/s。资料显示[10]，应力波在砂岩中的波速为3000～4000m/s，暂3000m/s，从实验室研究得知，裂纹扩展速度一般在纵波速度的1/3以下