落石沖擊破壞特性試驗(yàn)研究

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1、落石沖擊破壞特性試驗(yàn)研究  摘要:針對(duì)落石碰撞地面后解體這一現(xiàn)象,對(duì)落石解體全過(guò)程進(jìn)行了全面而詳細(xì)的論述。由應(yīng)力波的傳播速度與荷載加載速度得出裂紋擴(kuò)展方向?yàn)閺牡撞恐另敳康慕Y(jié)論,從應(yīng)力角度對(duì)已有沖擊力計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了分析,提出了一種沖擊力計(jì)算公式,并推出了臨界破裂高度,從能量角度建立了可用于定量計(jì)算的落石解體能量方程,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)上述理論進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,在垂直于加載方向上,拉應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度時(shí)落石解體,解體后的運(yùn)動(dòng)方式可由落石解體能量方程給出。  關(guān)鍵詞:解體沖擊力能量守恒落石  中圖分類號(hào):TU451文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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  危巖崩塌是次生型地質(zhì)災(zāi)害,落石是其中最常見(jiàn)的災(zāi)害。OlssonR分析了沖擊力與土層之間的關(guān)系式[1]

5、;CoròD等對(duì)阿爾卑斯山地區(qū)崩塌落石的時(shí)空特性進(jìn)行了分析[2];AtkinsonC等研究了巴西圓盤(pán)開(kāi)裂試驗(yàn),建立了能量釋放率計(jì)算公式,建立了能量釋放率與應(yīng)力強(qiáng)度因子相對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式[3];RamuluM等對(duì)玄武巖破裂進(jìn)行了研究,得到了其循環(huán)爆破沖擊的關(guān)系式[4];DaudonD等將離散元數(shù)值模型構(gòu)建技術(shù)用于分析巖石解體,結(jié)果表明,巖石解體能量耗散與顆粒形狀以及邊坡幾何特征對(duì)有很大關(guān)系[5];KirkbyMJ和StathamI建立了巖石路徑計(jì)算模型[6];郭紹平等對(duì)沖擊力的計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)分析并進(jìn)行了創(chuàng)新改進(jìn)[7];袁進(jìn)科等進(jìn)行了一系列試驗(yàn),研究了和落石接觸的各種地面因

6、素對(duì)落石最大沖擊力的影響[8];金解放等為了研究巖石損傷累積演化特征,進(jìn)行了動(dòng)靜組合荷載的試驗(yàn),提出了在這種情況下的數(shù)學(xué)模型[9];蘇承東等為了研究局部剪切失穩(wěn)破壞和全面剪脹失穩(wěn)破壞之間的關(guān)系,對(duì)巖石進(jìn)行了壓縮試驗(yàn),結(jié)果表明,巖石的錐形破壞常發(fā)生在高應(yīng)變速率下[10];左建平等建立了脆性巖石能量跌落系數(shù),研究了循環(huán)加載、循環(huán)卸載,得到了輸入能、耗散能、機(jī)械能、彈性應(yīng)變能、塑性應(yīng)變能等在巖石變形破壞全過(guò)程的具體情況[11];宋義敏等研究了局部化帶的演化,分析了加載過(guò)程、卸載過(guò)程、能量積累、能量釋放等對(duì)巖石試件的影響關(guān)系[12];周輝等分析了ωs和ωv在巖石破壞屈服時(shí)的變化曲

7、線,分析了危巖破壞屈服機(jī)制[13]。該文對(duì)落石進(jìn)行了高處掉落?_擊試驗(yàn),并對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行了分析解釋?! ?宏觀過(guò)程:裂紋從底部擴(kuò)展至頂部  用ansys模擬砂巖落石如圖1所示,密kg/m3,彈性模N/m2,剪切模N/m2,泊松,直徑1m,碰撞前速度10m/s,地面為剛性,速度變化結(jié)果如圖2所示。結(jié)果顯示,碰撞至壓縮量最大時(shí),用時(shí)為斜直線的一半,即0.00025s,則加載速度4000m/s。資料顯示[10],應(yīng)力波在砂巖中的波速為3000~4000m/s,暫3000m/s,從實(shí)驗(yàn)室研究得知,裂紋擴(kuò)展速度一般在縱波速度的1/3以下

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