落石沖擊作用下公路破壞機理研究.pdf

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1、第43卷第5期人民長江Vo1．43．No．52012年3月YangtzeRiverMar．．2012文章編號：1001—4179(2012)05—0064—04落石沖擊作用下公路破壞機理研究王林峰，唐紅梅，陳洪凱(重慶交通大學(xué)巖土工程研究所，重慶400074)摘要：現(xiàn)有的落石沖擊計算公式主要適用于一種均質(zhì)材料的路面，而公路是由路面和路基組成的二元體結(jié)構(gòu)，基于此，考慮路面在受到落石沖擊力后的變形特性，將落石沖擊下路面的變形分為壓縮變形和刺入變形兩種模式。基于能量守恒原理和太沙基地基承載力理論，分別得到兩種變形模式下的落石沖擊力和由此引起的公路變形量計算公式；并據(jù)此導(dǎo)出判斷公路安全狀態(tài)的標準，且以

2、工程實例說明了理論的可靠性。可為落石災(zāi)害區(qū)公路的設(shè)計和施工提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：落石；沖擊力；山區(qū)公路；破壞機理中圖法分類號：P642．3；0346．5文獻標志碼：A我國2／3的國土面積為山區(qū)，而落石又是我國山材料時受落石沖擊力的影響，而公路是由路基和路面區(qū)公路上常見的一種地質(zhì)災(zāi)害。當公路旁陡崖上的巖組成的二元體結(jié)構(gòu)，所以以往的落石沖擊力研究對于體比較破碎時，容易出現(xiàn)崩塌落石災(zāi)害，導(dǎo)致道路被實際公路來說有一定的局限性。毀，交通中斷甚至危及人們的生命財產(chǎn)安全。如20101落石作用下公路的變形模式年1O月2113，臺灣蘇花公路發(fā)生落石災(zāi)害，致使多名人員死亡，274人受困。公路在落石沖擊作用下的變形

3、主要有兩種形態(tài)：鑒于落石對公路安全的威脅如此巨大，展開落石一種是由于落石沖擊力較小，公路沒有破壞，此時公路對公路的損毀機理研究是很有必要的。P．Budetta對主要發(fā)生壓縮變形(圖1(a))；另外一種是由于落石如何評價公路沿線落石災(zāi)害的風(fēng)險進行了研究¨。I．沖擊力很大，公路發(fā)生破壞，此時落石與脫離路面主體Vilajosana等通過一次現(xiàn)場試驗對落石的沖擊信號進的小塊路面一起刺入路基內(nèi)，即發(fā)生刺入變形(圖1行了研究，B．Pichler等通過室外試驗，得到了通過(b))。對于中小型落石或道路等級比較高的路面，主落石沖擊坑的深度、落石的幾何尺寸和落石高度來計要發(fā)生壓縮變形，而對于大型落石或道路等級比

4、較低算落石沖擊力和沖擊時間的計算公式I4。陳洪凱等甚至沒有混凝土路面的道路，在落石沖擊作用下容易對危巖主控結(jié)構(gòu)面的研究得到了危巖破壞的斷裂損傷發(fā)生刺入變形。此外，如果落石砸在沒有混凝土保護模型和疲勞崩塌破壞的壽命預(yù)測模型。LuukK．的路肩或排水溝等地方也可能會發(fā)生刺入變形。A．Dorren等用GIS技術(shù)對落石的致災(zāi)區(qū)范圍進行了2公路極限承載力研究。楊其新和關(guān)寶樹通過室內(nèi)實驗提出了落石沖擊力計算公式E83。WangB．L．等通過研究，得到了為了計算簡便，將落石的形狀簡化為立方體。落確定落石災(zāi)害區(qū)地下管線合理埋深的簡單計算公石垂直沖擊路面時的力學(xué)模型如圖2所示。圖2中h．式。黃潤秋等對落石的運動

5、特征和沖擊力問題進表示路面的厚度，m；p表示落石沖擊路面時路面受到行了研究¨。。。以往研究僅考慮了路面為某種單一的壓力，kPa；p表示落石沖擊壓力經(jīng)路面擴散后作用收稿日期：2011—10—12基金項目：國家自然科學(xué)基金項目(50678182)；重慶交通大學(xué)省部共建水利水運工程教育部重點實驗室開放基金(SLK2009B04，SLK2008B03)作者簡介：王林峰，男，助理研究員，博士研究生，主要從事地表動力過程研究。E—mail：wanglinfeng715@163．tom第5期王林峰，等：落石沖擊作用下公路破壞機理研究65在路基頂面的壓力，kPa；b。表示落石的寬度即壓力P，=÷qz(4)的作

6、用寬度，m；b表示壓力P：作用的寬度，m；z表示則q，作用時點產(chǎn)生的拉應(yīng)力為壓力P：左右兩側(cè)的影響長度，m；0為落石沖擊壓力在路面中的擴散角。orAl：(5)凡1因為路面處于極限狀態(tài)，所以Al=or0(6)將式(6)帶人式(5)計算可得一(7)將荷載q，q和P布置在路基頂面(圖4)，此受力落石／模式與太沙基的地基極限承載力計算模型相同，所以在計算路基極限承載力的時候可以采用太沙基地基極T__限承載力公式進行計算。因此，路基在落石沖擊力作(b)刺入變形用下的極限承載力為P=0．4,／2b2N+qN。+1．2cN(8)圖1落石沖擊時公路的變形模式q=q2+q3(9)b式中，為路基的容重，kN／m；

7、q為超載；c為路基的I．壘!．I凝聚力，kPa；Ⅳ，，N。，N為承載力系數(shù)，其取值可以參考建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007—2002)。路面q2+q：Ilq2q路基llIJ川l1l圖2落石沖擊路面的力學(xué)模型根據(jù)擴散角與路面厚度可得到路基頂面的落石壓＼／力寬度為圖4路基處于極限平衡狀態(tài)時的受力模式b2=bI+2hltan0(1)得到了路基極限承載力后，可以判斷出路基是否則路基頂面的落石壓力為安全