考虑滚石转动效应的被动柔性防护系统设计方法

雷凡; 彭武; 胡阳; 程洋

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20230901005

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考虑滚石转动效应的被动柔性防护系统设计方法

论文 | 更新时间：2024-11-04

- 考虑滚石转动效应的被动柔性防护系统设计方法
- Design Method of Passive Safety Net System Considering the Angular Velocity Effect of Rolling Boulders
- 防灾减灾工程学报 2024年44卷第5期页码：1030-1040
- 作者机构：
  
  1.江西省公路科研设计院有限公司，江西南昌 330006
  2.西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031
- 作者简介：
  
  雷凡（1981—），男，高级工程师。主要从事公路工程设计。E-mail:36331121@qq.com
- 基金信息：
  
  江西省交通运输厅科技项目(2020H0005)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20230901005
  中图分类号： U417.1
- 收稿：2023-09-01，
  
  修回：2023-11-06，
  
  纸质出版：2024-10-15
- 稿件说明：
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雷凡,彭武,胡阳等.考虑滚石转动效应的被动柔性防护系统设计方法[J].防灾减灾工程学报,2024,44(05):1030-1040.

LEI Fan,PENG Wu,HU Yang,et al.Design Method of Passive Safety Net System Considering the Angular Velocity Effect of Rolling Boulders[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(05):1030-1040.
雷凡,彭武,胡阳等.考虑滚石转动效应的被动柔性防护系统设计方法[J].防灾减灾工程学报,2024,44(05):1030-1040. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230901005.

LEI Fan,PENG Wu,HU Yang,et al.Design Method of Passive Safety Net System Considering the Angular Velocity Effect of Rolling Boulders[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(05):1030-1040. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230901005.

摘要

为揭示滚石转动动能对被动柔性防护网系统力学响应的影响程度，完善既有的设计和检测方法，基于LS⁃DYNA对被动柔性防护网结构建立了非线性动力数值模型，通过与足尺冲击试验对比，验证了数值模型参数的有效性。基于此，分析了转动动能比例系数

对系统变形和内力响应的影响规律，提出了各构件内力峰值与

之间的拟合关系式，并给出了考虑转动效应后各构件内力的设计修正系数

。研究结果表明，施加转动动能后，滚石最大竖向位移随着

值增大而减小，滚石在水平方向上具有明显外滚趋势，上支撑绳变形明显增大；滚石冲击力和各构件的内力峰值随

的变化规律皆可采用二次多项式表达，其中网片、钢柱、上支撑绳和拉锚绳的内力均呈现先增大再减小的趋势，当

=0.2时达到最大值；随着

值增大，耗能器耗能与网片耗能线性降低，同时滑移耗能与摩擦耗能线性增加。因此，滚石的转动效应会增大被动柔性防护系统中主要构件的冲击响应，设计时应充分考虑此不利影响。建议可按照既有规范中的内力放大系数赋予各构件安全储备，同时补充了钢柱的设计内力放大系数，建议取值1.3。

Abstract

To reveal the influence of angular kinetic energy of rolling boulders on the mechanical response of passive safety net systems and to improve existing design and testing methods

a nonlinear dynamic numerical model of passive safefy net system was established using LS-DYNA. The effectiveness of the numerical model parameters was verified through comparison with full-scale impact tests. On this basis

the influence of the proportional coefficient of angular kinetic energy (λ) on the system deformation and internal force was analyzed. A fitting relationship between the peak internal forces of various components and λ was proposed

and a design amplification coefficient (ζ) for the internal force considering the rotational effect was provided. The results showed that after applying rotational kinetic energy

the maximum vertical displacement of the boulders decreased as the λ value increased

and the boulders exhibited a clear outward rolling motion in the horizontal direction

with a significant increase in deformation of the upper support rope. The impact force of the boulders and the peak internal force of the components followed a quadratic polynomial relationship with λ. The internal force of the netting

steel column

upper support rope

and anchor rope initially increased and then decreased

reaching their maximum when λ=0.2. As λ increased

the energy absorption of both netting and dissipators decreased linearly

while the energy dissipated by sliding and friction increased linearly. Therefore

the angular velocity effect of rolling boulders increased the impact response of the main components in the passive safety net system

and this adverse effect should be fully considered in design. It was suggested to apply the internal force amplification coefficients specified in existing standards to provide safety reserves for the components

while also adding a design internal force amplification coefficient for the steel posts

with a recommended value of 1.3.

关键词

Keywords

references

国家统计局 . 中国统计年鉴2023 ［M］. 北京：中国统计出版社， 2023 ， 257 .

景晶晶，吴志坚，丁万鹏，等 . 藏南聂拉木镇地质灾害和河岸工程病害调查分析［J］. 防灾减灾工程学报， 2023 ， 43 （ 1 ）： 32 - 40 .

Jing J J ， Wu Z J ， Ding W P ， et al . Investigation and analysis of geological disasters and bank protection damage in Nyalam town， South Tibet ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2023 ， 43 （ 1 ）： 32 - 40 . （in Chinese）

崔廉明，石少卿，汪敏，等 . 多位置分布配重下引导式落石缓冲系统冲击防护性能研究［J］. 岩石力学与工程学报， 2019 ， 38 （ 2 ）： 332 - 342 .

Cui L M ， Shi S Q ， Wang M ， et al . Research on the impact protection performance of the rockfall attenuator system under multiposition distributed counterweights conditions ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2019 ， 38 （ 2 ）： 332 - 342 . （in Chinese）

Ng C W W ， Song D ， Choi C E ， et al . A novel flexible barrier for landslide impact in centrifuge ［J］. Geotechnique Letters ， 2016 ， 6 （ 3 ）： 221 - 225 .

叶四桥，陈洪凯，唐红梅 . 危岩落石防治技术体系及其特点［J ］. 公路， 2010 ， 55 （ 7 ）： 80 - 85 .

Ye S Q ， Chen H K ， Tang H M . Rockfall mitigation techniques and its characteristics ［J］. Highway ， 2010 ， 55 （ 7 ）： 80 - 85 . （in Chinese）

赵世春，余志祥，韦韬，等 . 被动柔性防护网受力机理试验研究与数值计算［J］. 土木工程学报， 2013 ， 46 （ 5 ）： 122 - 128 .

Zhao S C ， Yu Z X ， Wei T ， et al . Test study of force mechanism and numerical calculation of safety netting system ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2013 ， 46 （ 5 ）： 122 - 128 . （in Chinese）

赵雷，张丽君，余志祥，等 . 泥石流柔性防护系统耦合作用数值模拟［J］. 防灾减灾工程学报， 2022 ， 42 （ 3 ）： 606 - 613 .

Zhao L ， Zhang L J ， Yu Z X ， et al . Coupled numerical simulation of flexible debris flow barrier ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2022 ， 42 （ 3 ）： 606 - 613 .

铁路沿线斜坡柔性安全防护网： TB/T 3089—2016 ［S］. 北京：中华人民共和国铁道部， 2016 .

Guideline for European technical approval of falling rock protection kits： EOTA， ETAG 27 ［S］. EU ： European Organisation for Technical Approvals ， 2012 .

Higgins J D . Recommended procedure for the testing of rock-fall barriers ［R］. Washington ： AASHTO Technical Report ， 2003 .

边坡柔性防护网系统： JT/T 1328—2020 ［S］. 北京：中华人民共和国交通运输部， 2020 .

被动柔性防护网结构工程技术规程：T/ CECS 824—2021 ［S］. 北京：中国计划出版社， 2021 .

Gentilini C ， Gottardi G ， Govoni L ， et al . Design of falling rock protection barriers using numerical models ［J］. Engineering Structures ， 2013 ， 50 ： 96 - 106 .

章广成，唐辉明，吕庆，等 . 斜坡落石研究［M］. 北京：科学出版社， 2017 .

Asteriou P ， Tsiambaos G . Empirical model for predicting rockfall trajectory direction ［J］. Rock Mechanics and Rock Engineering ， 2016 ， 49 （ 3 ）： 927 - 941 .

Crosta G B ， Agliardi F ， Frattini P ， et al . Key issues in rock fall modeling， hazard and risk assessment for rockfall protection ［J］. Engineering Geology for Society and Territory ， 2015 ， 2 ： 43 - 58 .

Hungr O ， Leroueil S ， Picarelli L . The varnes classification of landslide types， an update ［J］. Landslides ， 2014 ， 11 （ 2 ）： 167 - 194 .

叶四桥，陈洪凯，许江 . 落石运动模式与运动特征现场试验研究［J］. 土木建筑与环境工程， 2011 ， 33 （ 2 ）： 18 - 23，44 .

Ye S Q ， Chen H K ， Xu J . Rockfalls movement mode and movement features by field tests ［J］. Journal of Civil Architectural and Environmental Engineering ， 2011 ， 33 （ 2 ）： 18 - 23，44 . （in Chinese）

罗刚，程谦恭，沈位刚，等 . 高位高能岩崩研究现状与发展趋势［J］. 地球科学， 2022 ， 47 （ 3 ）： 913 - 934 .

Luo G ， Cheng Q G ， Shen W G ， et al . Research status and development trend of the high-altitude extremely-energetic rockfalls ［J］， Earth Science ， 2022 ， 47 （ 3 ）： 913 - 934 . （in Chinese）

俞棠荣，汪敏，王高胜 . TECCO格栅网斜向受落石冲击试验与数值模拟［J］. 重庆理工大学学报（自然科学）， 2018 ， 32 （ 11 ）： 86 - 92 .

Yu T R ， Wang M ， Wang G S . Test study and numerical analysis of rockfall oblique on the TECCO net ［J］. Journal of Chongqing University of Technology（Natural Science）， 2018 ， 32 （ 11 ）： 86 - 92 . （in Chinese）

宋道国，徐建平，唐黎明 . 滚石转动动能背景下的柔性防护网结构有限元探究［J］. 建材与装饰， 2021 ， 17 （ 1 ）： 243 - 244 .

Song D G ， Xu J P ， Tang L M . Finite element exploration of flexible barrier under the background of rolling stone rotational kinetic energy ［J］. Building Materials and Decoration ， 2021 ， 17 （ 1 ）： 243 - 244 . （in Chinese）

王东坡，张鸿雁，李伟，等 . 基于能量比例系数的滚石冲击力计算方法研究［J］. 岩石力学工程学报， 2023 ， 42 （ 2 ）： 317 - 326 .

Wang D P ， Zhang H Y ， Li W ， et al . Study on calculation method of rockfall impact force based on proportional coefficient of energy ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2023 ， 42 （ 2 ）： 317 - 326 . （in Chinese）

左明宇 . 考虑转动效应的拋体冲击环形被动柔性结构性能分析及优化设计［D］. 四川：四川师范大学， 2021 ： 28 - 44 .

Zuo M Y . Performance research and optimization of passive flexible barrier with ring-net under projectile impact considering rotating effects ［D］. Sichuan ： Sichuan Normal University ， 2021 ： 28 - 44 . （in Chinese）

汪敏，石少卿，阳友奎 . 减压环耗能性能的静力试验及动力有限元分析［J］. 振动与冲击， 2011 ， 30 （ 4 ）： 188 - 193 .

Wang M ， Shi S Q ， Yang Y K . Static tensile test and FEM dynamic simulation for a ring-brake energy dissipater ［J］. Journal of Vibration and Shock ， 2011 ， 30 （ 4 ）： 188 - 193 . （in Chinese）

王勖成 . 有限单元法［M］. 北京：清华大学出版社， 2003 ： 323 - 329 .

周晓宇，陈艾荣，马如进 . 滚石柔性防护网耗能规律数值模拟［J］. 长安大学学报（自然科学版）， 2012 ， 32 （ 6 ）： 59 - 66 .

Zhou X Y ， Chen A R ， Ma R J . Numerical simulation of energy dissipation mechanism on falling rocks protection nets ［J］. Journal of Chang’an University（Natural Science Edition）， 2012 ， 32 （ 6 ）： 59 - 66 . （in Chinese）

胡厚田 . 崩塌与落石［M］. 北京：中国铁道出版社， 1989 ： 85 - 90 .

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