落石沖擊攔石墻的動力響應模擬研究

呂澤鵬，劉紅巖

(中國地質大學(北京)工程技術學院，北京 100083)

0 引言

隨著我國西部山區基礎設施建設的快速發展，崩塌落石災害發生頻率也不斷增加，落石災害已經成為道路交通安全運營的重大隱患。工程中常采用攔石墻進行崩塌落石防治，優點在于能承受極高的沖擊動能，受撞擊后結構破壞程度低，同時還可存儲一定數量的落石，減少落石清理次數，維修成本低，使用壽命長[1]。

沖擊力計算是落石防護的核心問題。目前對于落石沖擊力的計算，大多數研究是基于3種理論模型發展而來，即Hertz理論模型、能量守恒模型、沖量定理模型，由此衍生出隧道手冊法、路基規范法、楊其新法[2]、葉四橋法[3]、瑞士法[4]和日本道路公團法[5]等多種落石沖擊力計算公式。由于各種計算方法理論基礎和模型假設各有側重，導致沖擊力計算結果有所差異，同一工況下，不同計算方法所得到的沖擊力計算結果可能相差6～7倍之多[6]。除此之外，國內外相關學者還對落石沖擊力進行了更加廣泛深入的研究。王永東等[7]基于Hertz接觸理論和JKR黏附理論，得出了落石沖擊緩沖層時的沖擊力以及墜入深度的解析解。Zhang等[8]根據動量定理推導出了法向沖擊力和侵徹深度的計算公式。鐘漢清等[9]基于Hertz彈性碰撞理論和Thornton彈塑性假設，推導了落石撞擊橋墩的彈性和彈塑性沖擊力表達式。袁進科等[10]通過設計的滾石沖擊力測試裝置進行試驗研究，結合常用沖擊力計算公式，建立了可用于各影響因素的最大沖擊力計算方法?！?br>