落石冲击作用下公路破坏机理研究.pdf

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1、第43卷第5期人民长江Vo1．43．No．52012年3月YangtzeRiverMar．．2012文章编号：1001—4179(2012)05—0064—04落石冲击作用下公路破坏机理研究王林峰，唐红梅，陈洪凯(重庆交通大学岩土工程研究所，重庆400074)摘要：现有的落石冲击计算公式主要适用于一种均质材料的路面，而公路是由路面和路基组成的二元体结构，基于此，考虑路面在受到落石冲击力后的变形特性，将落石冲击下路面的变形分为压缩变形和刺入变形两种模式。基于能量守恒原理和太沙基地基承载力理论，分别得到两种变形模式下的落石冲击力和由此引起的公路变形量计算公式；并据此导出判断公路安全状态的标准，且以

2、工程实例说明了理论的可靠性。可为落石灾害区公路的设计和施工提供理论依据。关键词：落石；冲击力；山区公路；破坏机理中图法分类号：P642．3；0346．5文献标志码：A我国2／3的国土面积为山区，而落石又是我国山材料时受落石冲击力的影响，而公路是由路基和路面区公路上常见的一种地质灾害。当公路旁陡崖上的岩组成的二元体结构，所以以往的落石冲击力研究对于体比较破碎时，容易出现崩塌落石灾害，导致道路被实际公路来说有一定的局限性。毁，交通中断甚至危及人们的生命财产安全。如20101落石作用下公路的变形模式年1O月2113，台湾苏花公路发生落石灾害，致使多名人员死亡，274人受困。公路在落石冲击作用下的变形

3、主要有两种形态：鉴于落石对公路安全的威胁如此巨大，展开落石一种是由于落石冲击力较小，公路没有破坏，此时公路对公路的损毁机理研究是很有必要的。P．Budetta对主要发生压缩变形(图1(a))；另外一种是由于落石如何评价公路沿线落石灾害的风险进行了研究¨。I．冲击力很大，公路发生破坏，此时落石与脱离路面主体Vilajosana等通过一次现场试验对落石的冲击信号进的小块路面一起刺入路基内，即发生刺入变形(图1行了研究，B．Pichler等通过室外试验，得到了通过(b))。对于中小型落石或道路等级比较高的路面，主落石冲击坑的深度、落石的几何尺寸和落石高度来计要发生压缩变形，而对于大型落石或道路等级比

4、较低算落石冲击力和冲击时间的计算公式I4。陈洪凯等甚至没有混凝土路面的道路，在落石冲击作用下容易对危岩主控结构面的研究得到了危岩破坏的断裂损伤发生刺入变形。此外，如果落石砸在没有混凝土保护模型和疲劳崩塌破坏的寿命预测模型。LuukK．的路肩或排水沟等地方也可能会发生刺入变形。A．Dorren等用GIS技术对落石的致灾区范围进行了2公路极限承载力研究。杨其新和关宝树通过室内实验提出了落石冲击力计算公式E83。WangB．L．等通过研究，得到了为了计算简便，将落石的形状简化为立方体。落确定落石灾害区地下管线合理埋深的简单计算公石垂直冲击路面时的力学模型如图2所示。图2中h．式。黄润秋等对落石的运动

5、特征和冲击力问题进表示路面的厚度，m；p表示落石冲击路面时路面受到行了研究¨。。。以往研究仅考虑了路面为某种单一的压力，kPa；p表示落石冲击压力经路面扩散后作用收稿日期：2011—10—12基金项目：国家自然科学基金项目(50678182)；重庆交通大学省部共建水利水运工程教育部重点实验室开放基金(SLK2009B04，SLK2008B03)作者简介：王林峰，男，助理研究员，博士研究生，主要从事地表动力过程研究。E—mail：wanglinfeng715@163．tom第5期王林峰，等：落石冲击作用下公路破坏机理研究65在路基顶面的压力，kPa；b。表示落石的宽度即压力P，=÷qz(4)的作

6、用宽度，m；b表示压力P：作用的宽度，m；z表示则q，作用时点产生的拉应力为压力P：左右两侧的影响长度，m；0为落石冲击压力在路面中的扩散角。orAl：(5)凡1因为路面处于极限状态，所以Al=or0(6)将式(6)带人式(5)计算可得一(7)将荷载q，q和P布置在路基顶面(图4)，此受力落石／模式与太沙基的地基极限承载力计算模型相同，所以在计算路基极限承载力的时候可以采用太沙基地基极T__限承载力公式进行计算。因此，路基在落石冲击力作(b)刺入变形用下的极限承载力为P=0．4,／2b2N+qN。+1．2cN(8)图1落石冲击时公路的变形模式q=q2+q3(9)b式中，为路基的容重，kN／m；

7、q为超载；c为路基的I．垒!．I凝聚力，kPa；Ⅳ，，N。，N为承载力系数，其取值可以参考建筑地基基础设计规范(GB50007—2002)。路面q2+q：Ilq2q路基llIJ川l1l图2落石冲击路面的力学模型根据扩散角与路面厚度可得到路基顶面的落石压＼／力宽度为图4路基处于极限平衡状态时的受力模式b2=bI+2hltan0(1)得到了路基极限承载力后，可以判断出路基是否则路基顶面的落石压力为安全