準(zhǔn)確預(yù)測滑坡滾石隨機碰撞后的力學(xué)特性對滾石災(zāi)害預(yù)測與防治工作具有重要的意義。為了探究影響滾石—壁面碰撞過程的隨機因素,本文選取了碰撞過程中4個主要影響因素(入射速度、初始旋轉(zhuǎn)角速度、入射角度以及碰撞角度),建立滾石隨機碰撞理論模型,基于接觸理論得到滾石碰撞過程中的基本方程,進(jìn)而推導(dǎo)出滾石碰撞后速度公式,并且結(jié)合工程算例分析了入射速度、入射角以及初始旋轉(zhuǎn)角速度對滾石的反彈速度、運動軌跡以及總動能的影響。結(jié)果顯示:(1)滾石顆粒入射速度、角度以及旋轉(zhuǎn)角速度對碰撞過程影響顯著;(2)當(dāng)滾石入射速度增加時,滾石碰后水平運動距離呈線性增大,垂向最大彈跳高度和碰后總動能成冪函數(shù)型增大;(3)當(dāng)滾石入射角增大時,滾石碰后水平運動距離、垂向彈跳高度均呈減小趨勢,前者幅度遠(yuǎn)大于后者,碰后總動能隨著入射角的增大不斷減小;(4)當(dāng)滾石的初始旋轉(zhuǎn)由順時針變?yōu)槟鏁r針增大時,滾石發(fā)生回彈現(xiàn)象,水平運動距離不斷增大,垂向最大彈跳高度逐漸減小,碰后的總動能隨著初始旋轉(zhuǎn)的改變先減小后增大。該隨機碰撞模型可為滾石的運動軌跡以及沖擊能量的預(yù)測以及滾石災(zāi)害防治提供一定的理論依據(jù)。

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

圖1滾石隨機碰撞模型

本文針對自然界中的滾石碰撞過程,選取4個主要影響因素(入射速度、初始旋轉(zhuǎn)角速度、入射角度以及碰撞角度),基于接觸理論建立隨機碰撞模型;將理論模型結(jié)果結(jié)合實際工程算例,重點分析入射速度、入射角以及初始旋轉(zhuǎn)角速度三個隨機影響因素對滾石碰撞過程的影響規(guī)律。1基于滑坡滾石碰撞的隨機模型

圖2理論模型結(jié)果與野外試驗結(jié)果對比圖

在相同沖擊粒徑、入射速度及角度的條件下,考慮滾石碰撞位置的隨機性,得到反彈顆粒速度均值和方差的結(jié)果與試驗結(jié)果[24]對比如圖2所示(其中ρ=2390kg/m3),實心方形離散點代表試驗值,圓形離散點則為理論計算均值(未考慮初始旋轉(zhuǎn)),空心離散點代表考慮初始旋轉(zhuǎn)時的理論模型反彈速....

圖3滾石碰撞示意圖

表2滾石沖擊計算參數(shù)Tab.2Rockfallimpactcalculationparameters參數(shù)名稱質(zhì)量/kg半徑/m密度/(kg·m-3)k1k2參數(shù)值1000.1023900.620.15表1計算結(jié)果與野外試驗數(shù)據(jù)對比Tab.1C....

圖4不同入射速度下滾石力學(xué)特性變化曲線:(a)反彈速度(b)反彈角速度(c)運動軌跡(d)總動能

通過改變?nèi)肷渌俣鹊拇笮?分析對碰撞過程的影響。假定滾石碰撞的入射角為50°,碰撞角為60°,滾石的物理參數(shù)如表2所示,其初始旋轉(zhuǎn)角速度為100rad/s。結(jié)果如圖4所示。結(jié)果表明,在其他條件一定時,入射速度增大,反彈線速度以及角速度都隨之增大,且與運動方向一致,而對于垂向速度分....

本文編號：3977687