落石形状和冲击姿态对落石冲击垫层过程的影响

段绍臻; 扇国瑞

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20240102003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

落石形状和冲击姿态对落石冲击垫层过程的影响

论文 | 更新时间：2025-08-27

- 落石形状和冲击姿态对落石冲击垫层过程的影响
- Influence of Rockfall Shape and Impact Position on Rockfall Impact Process on Cushion Layers
- 防灾减灾工程学报 2025年45卷第4期页码：918-927
- 作者机构：
  
  兰州理工大学土木工程学院，甘肃兰州 730050
- 作者简介：
  
  段绍臻（1982—），女，副教授，博士。主要从事工程力学研究。E-mail: dszbest@126.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(12262021)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20240102003
  中图分类号： P694
- 收稿：2024-01-02，
  
  修回：2024-03-28，
  
  纸质出版：2025-08-28
- 稿件说明：
移动端阅览
段绍臻,扇国瑞.落石形状和冲击姿态对落石冲击垫层过程的影响[J].防灾减灾工程学报,2025,45(04):918-927.

DUAN Shaozhen,SHAN Guorui.Influence of Rockfall Shape and Impact Position on Rockfall Impact Process on Cushion Layers[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(04):918-927.
段绍臻,扇国瑞.落石形状和冲击姿态对落石冲击垫层过程的影响[J].防灾减灾工程学报,2025,45(04):918-927. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240102003.

DUAN Shaozhen,SHAN Guorui.Influence of Rockfall Shape and Impact Position on Rockfall Impact Process on Cushion Layers[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(04):918-927. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20240102003.

摘要

基于离散元法对圆形、椭圆形、方形和三角形的落石，以不同的冲击姿态对其冲击垫层的过程进行数值仿真。结果表明：落石形状和冲击姿态对落石冲击垫层过程的影响不容忽视；当倾斜系数为0时，在相同初始冲击动能下，圆形落石的侵入深度最大，冲击力和底部力最小，因此忽略落石形状会高估侵入深度，而低估冲击力和底部力；基于无量纲分析，给出了落石侵入深度、最大冲击力和底部力关于倾斜系数

的拟合公式，随着

的增大，落石的侵入深度增大，而冲击力和底部力则减小；最后基于傅里叶描述法生成不规则形状落石，在相同初始冲击动能下，其侵入深度、最大冲击力以及最大底部力的极差随着傅里叶描述符

和

的增大而增大。

Abstract

Using the discrete element method

this study conducted numerical simulations to analyze the impact process of circular

elliptical

square

and triangular rockfalls on cushion layers under different impact positions. The results showed that rockfall shape and impact position had a significant influence on the rockfall impact process on cushion layers. When the inclination coefficient was 0

under the same initial impact kinetic energy

circular rockfalls had the greatest penetration depth and the smallest impact force and bottom force. Therefore

ignoring rockfall shape may lead to an overestimation of penetration depth and an underestimation of impact force and bottom force. Based on dimensionless analysis

the fitting formulas for the rockfall penetration depth

maximum impact force

and bottom force with respect to the inclination coefficient

were derived. As α increased

the rockfall penetration depth gradually increased

while the impact force and bottom force decreased. Finally

based on the Fourier descriptor method

irregularly shaped rockfalls were generated. Under the same initial impact kinetic energy

the range of penetration depth

maximum impact force

and maximum bottom force increased with increasing Fourier descriptors

and

关键词

Keywords

references

刘汉龙，马彦彬，仉文岗 . 大数据技术在地质灾害防治中的应用综述［J］. 防灾减灾工程学报， 2021 ， 41 （ 4 ）： 710 - 722 .

Liu H L ， Ma Y B ， Zhang W G . Application of big data techniques in geological disaster analysis and prevention： A Systematic Review ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2021 ， 41 （ 4 ）： 710 - 722 . （in Chinese）

罗杰，肖建春，马克俭，等 . 落石冲击下多种类型土壤缓冲性能研究［J］. 防灾减灾工程学报， 2019 ， 39 （ 1 ）： 164 - 170 .

Luo J ， Xiao J C ， Ma K J ， et al . Buffering capacity of various types soil under rockfall impact load ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2019 ， 39 （ 1 ）： 164 - 170 . （in Chinese）

Labiouse V ， Descoeudres F ， Montani S . Experimental study of rock sheds impacted by rock blocks ［J］. Structural Engineering International ， 1996 ， 3 （ 3 ）： 171 ‑ 176 .

朱大鹏，彭泰鑫，黄玲 . 砂土垫层的缓冲效应试验研究［J］. 中国测试， 2020 ， 46 （ 3 ）： 8 .

Zhu D P ， Peng T X ， Huang L . Experimental study on layering effect of sand layer ［J］. China Measurement & Test ， 2020 ， 46 （ 3 ）： 8 . （in Chinese）

王林峰，刘丽，唐芬，等 . 基于落石棚洞冲击试验的落石冲击力研究［J］. 防灾减灾工程学报， 2018 ， 38 （ 6 ）： 973 - 979 .

Wang L F ， Liu L ， Tang F ， et al . Study on impact force of rockfall impact experiment on shed tunnel ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2018 ， 38 （ 6 ）： 973 - 979 . （in Chinese）

Zhu C ， Wang D S ， Xia X ， et al . The effects of gravel cushion particle size and thickness on the coefficient of restitution in rockfall impacts ［J］. Natural Hazards & Earth System Science ， 2018 ， 18 （ 6 ）： 1811 - 1823 .

汤明高，赵欢乐，毛宇祥 . 散粒体斜坡上滚石法向碰撞恢复系数研究［J］. 防灾减灾工程学报， 2023 ， 43 （ 3 ）： 604 - 613 .

Tang M G ， Zhao H L ， Mao Y X . Study on the normal restitution coefficient of rockfall impaction loosegranular slope ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2023 ， 43 （ 3 ）： 604 - 613 . （in Chinese）

黄福有，张路青，周剑，等 . 落石冲击作用下棚洞垫层动力响应的颗粒级配效应耦合数值模拟研究［J］. 岩石力学与工程学报， 2023 ， 42 （ 2 ）： 413 - 428 .

Huang F Y ， Zhang L Q ， Zhou J ， et al . Coupled numerical simulation study on particle gradation effect of the dynamic response of shedcushion under rockfall impact ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2023 ， 42 （ 2 ）： 413 - 428 . （in Chinese）

Naito N ， Maeda K ， Konno H ， et al . Rockfall impacts on sand cushions with different soil mechanical characteristics using discrete element method ［J］. Soils and Foundations ， 2020 ， 60 （ 2 ）： 384 - 397 .

Chen T J ， Zhang G C ， Xiang X . Research on rockfall impact process based on viscoelastic contact theory ［J］. International Journal of Impact Engineering ， 2023 ， 173 ： 104431 .

Perera S ， Lam N ， Pathirana M ， et al . Deterministic solutions for contact force generated by impact of windborne debris ［J］. International Journal of Impact Engineering ， 2016 ， 91 ： 126 - 141 .

Wadell H . Volume， shape and roundness of rock particles ［J］. Journal of Geology ， 1932 ， 40 （ 5 ）： 443 - 451 .

Krumbein W C . Measurement and geological significance of shape and roundness of sedimentary particles ［J］. Journal of Sedimentary Research ， 1941 ， 11 （ 2 ）： 64 ‑ 72 .

Shen W G ， Zhao T ， Dai F ， et al . DEM analyses of rock block shape effect on the response of rockfall impact against a soil buffering layer ［J］. Engineering Geology ， 2019 ， 249 ： 60 - 70 .

姬中民，唐一举，伍法权，等 . 落石形状和尺寸对恢复系数影响的室内试验研究［J］. 岩土力学， 2021 ， 42 （ 3 ）： 8 .

Ji Z M ， Tang Y J ， Wu F Q ， et al . Laboratory investigation of the effect of rockfall shape and size on coefficient of restitution ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2021 ， 42 （ 3 ）： 8 . （in Chinese）

Mindlin R D ， Deresiewicz H . Elastic spheres in contact under varying oblique forces ［J］. Journal of Applied Mechanics ， 1953 ， 20 （ 3 ）： 327 - 344 .

Bourrier F ， Nicot F ， Darve F . Physical processes within a 2D granular layer during an impact ［J］. Granular Matter ， 2008 ， 10 （ 6 ）： 415 - 437 .

Beladjine D ， Ammi M ， Oger L ， et al . Collision process between an incident bead and a three-dimensional granular packing ［J］. Physical Review E Statistical Nonlinear & Soft Matter Physics ， 2007 ， 75 （ 6 ）： 061305 .

Yan P ， Zhang J H ， Fang Q ， et al . Numerical simulation of the effects of falling rock’s shape and impact pose on impact force and response of RC slabs ［J］. Construction and Building Materials ， 2018 ， 160 ： 497 - 504 .

Calvetti F ， Prisco C D ， Vecchiotti M . Experimental and numerical study of rock-fall impacts on granular soils ［J］. Rivista Italiana di Geotecnica ， 2005 ， 4 （ 4 ）： 95 - 109 .

Yuan S ， Zhao P ， Li L P ， et al . A discrete numerical study of the effect of the thickness and the porosity of the sand cushion on the impact response due to the rockfall ［J］. Computer Modeling in Engineering & Sciences ， 2022 ， 130 （ 3 ）： 1683 - 1698 .

Calvetti F ， di Prisco C . Rockfall impacts on sheltering tunnels： real-scale experiments ［J］. Geotechnique ， 2012 ， 62 （ 10 ）： 865 - 876 .

方浩，张巍，肖瑞，等 . 砂土颗粒形状的傅里叶描述符自动生成［J］. 高校地质学报， 2018 ， 24 （ 4 ）： 604 - 612 .

Fang H ， Zhang W ， Xiao R ， et al . Automatic fourier-descriptor-based generation of paticle shape of sandy soil ［J］. Geological Journal of China Universities ， 2018 ， 24 （ 4 ）： 604 - 612 . （in Chinese）

Mollon G ， Zhao J D . Fourier-Voronoi-based generation of realistic samples for discrete modeling of granular materials ［J］. Granular Matter ， 2012 ， 14 （ 5 ）： 621 - 638 . （in Chinese）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

暂无数据