落石冲击效应计算方法研究

《落石冲击效应计算方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。落石冲击效应计算方法研究　　摘要：危岩落石坠落过程中会对空气造成压缩，被压缩的空气对落石形成一个反作用力，建立空气压缩理论模型；将落石坠落过程等分为n段，利用空气动力学理论、能量守恒定理、空气动理论逐段进行微量分析，推导冲击速度计算方法；指出现有研究成果中影响因素考虑较全面的危岩落石冲击力计算公式；结合实例进行计算并与现有数据对比分析，结果表明该研究成果具有一定的可

2、参考性，对于推动落石灾害减灾理论、技术研究有积极意义。　　关键词：危岩落石空气压缩落石冲击速度落石冲击力　　中图分类号：P64文献标识码：A文章编号：1674-098X11-0064-04为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和

3、维护。　　我国是一个多山的国家，山区多高陡边坡，危岩落石是常见的地质灾害形式。落石灾害具有随机性、突发性、难预测等特点，灾害一旦发生将直接造成严重的人员伤亡和经济损失。如1983年8月，襄渝线巴山―达州公路段公路边坡受暴雨影响发生落石灾害，一体积约的岩石从80m左右的高处坠落，一座大桥被砸毁导致交通中断约23h，直接经济损失高达万元；迄今，国内外有大量的学者对落石灾害进行了广泛而深入的研究，国内外学者致力于落石灾害的研究时重在研究其演化形成机制[1]与坠落于冲击面的冲击破坏机制，疏于对落石运动过程的研究，对于影响落石冲击力的因素考虑不够完善

4、，比如危岩坠落时的压缩空气阻力[2]。本文基于国内外的研究现状，从能量角度出发结合空气动力学对危岩落石冲击速度计算方法进行推导，研究成果对于提高计算落石冲击力的精确度，进一步预测落石灾害灾情、有针对性开展灾害防护工作有积极指导意义。　　1落石冲击速度计算方法　　危岩坠落具有速度快、破坏性大等特点。目前国内外的学者在研究这一类型灾害时通常忽略空气的作用按照自由落体研究，使得研究成果运用于危岩落石灾害的预防与防治时有着难以校核的误差。本文通过建立危岩坠落理论模型，运用空气动力学理论、能量守恒定理、空气动理论对空气的压缩过程进行分析，结合空气的外

5、泄系数，对危岩落石坠落冲击速度计算方法进行理论推导。　　建立模型　　根据空气动力学理论建立危岩坠落空气压缩理论模型[1]，如图1所示。为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　设落石坠落高度为H，将其等分为n等段，n为足

6、够大的常数，每段dh=H/n。落石在下落过程中是连续的，每一段dh的运动都是连续的，后一段dh依赖于上一段dh，压缩过程如图2所示。设落石在运动第一个dh时所用的时间为t1，在重力加速的作用下速度从v0增加到v1，一道微弱的波将伴随着落石坠落产生。如图2中A1-A1为第一道波以声速传播。波扫过处的空气压强、密度、温度相应增大。继第一个dh运动完后，落石继续运动第二个dh，继而产生新的压缩波，如图2中A2-A2。由于波A2-A2在经波A1-A1压缩过的空气中传播，即传播速度C1>C0，C1=C0+ΔV。传播速度与传播介质的密度与压强有关。同理

7、，将有第三道、图2）到无数道波）产生对空气进行压缩。从中取出落石在第i）段dh运动进行研究，对空气压缩作用下的落石冲击速度计算方法进行推导[3]。　　落石冲击速度计算方法推导　　设M为落石质量，取落石在运动第一段dh时进行研究。　　热力学第一定律为：内能变化=做功+热传递。　　空气动理论中气体状态方程为：　　　　为自由度，单原子气体取3，双原子气体取5，三原子气体取6或7。空气成分大多为N2与O2，一般取5。为理想气体常数，取/mol。可计算气体物质的量。　　由于压缩过程中，外泄空气的质量要远小于落石的质量，且压缩过程时间很短。短到外泄的空

8、气来不及发生密度变化，温度也未发生变化。即忽略外泄空气内能的变化。结合能量守恒定理[4]可得：　　为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂