地质灾害治理设计中崩塌落石的运动特征分析
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79故障现象 一辆累计行驶里程约为6万k m 的2014款北京现代胜达车,搭载2.0T GDI 发动机,车主反映车辆正常行驶时发动机加速无力,发动机转速达不到2 500 r/min ,同时发动机故障灯点亮。
故障诊断 接车后首先试车,确认故障现象属实。
连接故障检测仪读取发动机控制单元故障代码,读取到的故障代码为“P0642传感器参考电压A 电路电压低”,且故障代码无法清除。
再读取相关数据流,发现加速踏板位置传感器2(APS2)电压为0.1 V ,加速踏板位置传感器1(APS1)电压为0.7 V 。
加速踏板位置传感器(APS )安装在加速踏板模块上,用于检测加速踏板的位置。
APS 是发动机控制系统中重要的传感器之一,它包含2个独立的传感器(APS1和APS2),这2个传感器有独立的电源和搭铁电路,APS2监测APS1,APS2输出电压与APS1输出电压存在固定关系,如果APS1输出电压和APS2输出电压的比例超出范围,诊断系统判断为存在故障。
分析读取的数据流发现,APS2输出电压偏低且APS1输出电压与APS2输出电压比例异常。
查阅相关资料,APS 的相关电路如图1所示,根据故障现象、故障代码、数据流及相关电路分析,导致该故障发生的可能原因有:APS2本体故障、APS2相关线路故障、发动机控制单元故障等。
经测量,APS2本体及相关线路无短路、断路等情况,测量APS2线路端子E17/6的电压,为3.5 V ,明显低于正常值(5 V )。
发动机控制单元的供电电压偏低,于是更换发动机控制单元,重新试车,发现故障依旧。
故障排除此时陷入僵局,再次检查相关数据流,发现进气歧管绝对压力传感器(MAP )的数据在点火开关打开状态下为136.4 hPa (1 hPa=0.1 kPa ),明显偏低。
断开MAP 试车,故障代码可以清除,踩加速踏板,发动机加速正常,并且APS 输出电压也正常。
故障排除 更换MAP 后试车,故障代码消失,相关数据流也恢复正常,加速正常,故障彻底排除。
崩塌落石的运动特征研究崩塌落石是一种常见的自然灾害,具有突发性和破坏性,给人们的生命和财产安全带来严重威胁。
因此,研究崩塌落石的运动特征具有重要意义,可以为预测和防治崩塌落石灾害提供理论支持。
本文将介绍崩塌落石运动特征的研究现状、研究方法、实验设计与数据分析、结论与展望以及崩塌落石是一种常见的自然灾害,具有突发性和破坏性,给人们的生命财产安全带来严重威胁。
在边坡工程勘察中,对崩塌落石运动模式及轨迹进行分析具有重要意义,有助于为工程设计和施工提供科学依据,提高边坡的稳定性。
崩塌落石主要是由于边坡内部应力超过其承受能力而导致的,其运动模式包括滑动、滚落和抛射等。
在实际工程中,崩塌落石的发生往往与地震、降雨和人类活动等因素有关。
例如,2008年汶川地震后,大量山体崩塌落石,给灾区重建工作带来了巨大困难。
流体力学分析崩塌落石在运动过程中可视为一个弹性体,其运动轨迹受弹性势能、动能和势能转换等因素的影响。
在崩塌初期,边坡岩体受到的应力超过其承受能力,产生裂缝,势能逐渐转化为动能。
随着裂缝的发展,岩体逐渐失稳,产生滑动、滚落等运动,势能进一步转化为动能。
在运动过程中,岩体的速度逐渐增大,直到势能完全转化为动能,运动轨迹呈抛物线形。
地质学原理在边坡工程勘察中,地质学原理对崩塌落石的分析具有重要意义。
地震波传输、地表形态变化和地质灾害等地质因素均会对崩塌落石的发生产生影响。
地震波的传播会导致岩体应力的变化,从而诱发崩塌落石;地表形态的变化,如地形的起伏、岩层的走向等也会对崩塌落石的发生产生影响;地质灾害如泥石流、滑坡等也会对边坡的稳定性产生影响。
工程应用在边坡工程勘察中,崩塌落石的运动模式及轨迹分析具有广泛的应用价值。
通过对崩塌落石的运动模式和轨迹进行分析,可以有效地判断出崩塌落石的可能运动轨迹和影响范围,为工程设计提供依据。
崩塌落石的轨迹分析可以为安全防范措施的设计提供参考,如设置拦石网、落石缓冲区等。
崩塌落石的监测也是边坡工程勘察的重要内容之一,通过对崩塌落石的监测可以及时发现并采取相应的措施防止灾害的本文对边坡工程勘察中崩塌落石运动模式及轨迹分析进行了简要介绍。
崩塌地质灾害的研究与分析综述摘要:危岩体的崩塌伴随着巨石块的跳跃、弹跳现象,携带能量巨大、运动速度快,对运动路径上的阻挡物有强大冲击力,往往造成道路交通不便、经济损失,甚至是人员伤亡,造成极大的社会影响。
本文依据文献资料对崩塌地质灾害进行研究,重点对形成条件、发育特征、分布区域、调查与分类方法、预测和治理措施以及未来发展趋势进行阐述,并总结崩塌地质灾害研究的局限性,希望对有关部门管理和治理提供帮助。
关键词:崩塌地质灾害发育特征防治预警1引言所谓崩塌,主要指陡峭斜坡岩石受到外界因素影响,在重力作用下与斜坡脱离,高速度向斜坡底部滚落的现象[1]。
危岩体本质上是指由岩体结构面、临面及地面构成的稳定性较低的结体,是多因子耗散耦合的必然结果[2]。
由于崩塌产生时伴随着巨石块以及携带大量碎石块的移动,其中巨石作为一种大体积、大质量的滚石,其崩塌失稳及高速、高能远程运动往往导致沿途建筑物和交通线路的毁灭性灾难[3],对社会交通、人民财产及生命安全等造成不利影响,甚至危岩稳定性态直接关系到地方经济及区域经济的可持续发展[2]。
重视崩塌防治工作,并结合实际情况,充分利用现有资源,掌握其分布区域和形成条件,了解灾害形成机理与发育特征,使用科学的调查方法,提出合理的防治措施,对其进行全方面的分析与研究是很有必要的。
2研究现状2.1分布区域崩塌地质灾害主要分布于我国西部地区[4]、褶皱和断层构造地带,尤其是褶皱的核部和断层破碎带两侧,岩体破碎,构造活动强烈,若再配以陡峻的地形,则易发危岩[5],如地震频发的青藏高原、四川盆地、云贵高原等第一、第二级阶梯艰险山区[6],以及坡度在30°<g<70°的边坡[7]和g>50°的黄土地区[8]。
2.2形成条件科学有效的认识到危岩体的形成条件,才能有效的、有针对性的进行灾害防治。
为此,国内外学者展开大量研究,并得出不同的结论。
陈洪凯、叶四桥[9-11]等人认为,危岩体的发育有其特定的环境条件,只有在水环境条件、地形地貌条件、地质构造与地震、地层与岩性条件等内外因同时具备时,才有危岩发育的可能,并可能激发条件的作用下发生失稳崩落,而带来危害。
地质灾害治理设计中崩塌落石的运动特
征分析
摘要:目前,关于崩塌落石的计算理论主要分为经验分析法和运动学分析方法。
经验分析法中具有代表性的为前苏联尼米罗依尼什维里教授在大量野外现场试验基础上提出的落石运动速度的方法,但该方法依据的现场试验性较强,对于边坡坡度变化、距离拟保护目标的远近以及坡面植被情况等较难综合考虑。
而运动学分析方法是对落石局部过程运动状态的描述。
该方法是以牛顿三大运动定律和碰撞理论为指导,对大量的模型试验和现场试验的研究结果进行分析,结合运动学公式对落石运动的轨迹进行表述,该方法比经验分析方法更多地考虑边坡的特性和落石的运动轨迹之间的相互关系。
因此,本文将基于运动学原理对落石运动轨迹进行计算分析,并将其与数值模拟的结果进行对比,以便于探讨落石的落点分布、运动速度、弹跳高度及动能分布等问题,并对相关的治理设计提出建议。
关键词:地质灾害;崩塌落石
1 概述
危岩落石是我国山区一种多发地质灾害,其失稳破坏过程也称为崩塌,一般是指地质体在重力作用下,从高陡坡突然加速崩落或滚落(跳跃),具有明显的拉断和倾覆现象。
崩塌的地质体通常为大体积岩体或土体;崩塌落石则是斜坡和高陡坡上的个别危岩体在重力和其他外力作用下,突然向下滚落的现象,其运动轨迹和动能的大小是防护网设计的关键因素,直接影响到防护网实施效果的成败。
因此,对崩塌落石运动特征的研究,可以为崩塌落石工程治理设计提供依据,具有重大意义。
2 崩塌落石的运动模式
落石的整个运动过程一般可分为坠落、碰撞、滑动和滚动四个阶段。
坠落一般认为是落石在自重作用下不受阻挡失稳的自由落体运动,在此,简化为不考虑
空气阻力和升力的影响;碰撞弹跳是落石运动过程中最为复杂和不确定的,一般可简化为刚体碰撞;滑动为落石沿着某一斜面运动;滚动可简化为圆形刚体在某一斜面上的摩擦运动。
2.1 坠落
落石坠落可认为是自由落体运动。
根据运动学原理,在任意高度h下落时,下落速度和下落时间为:
在上述时间内的位移为:
其中,g为重力加速度,m/s2;v为落石的自由落体速度,m/s;v0为落石初始速度,m/s;h为垂直位移,m;H为t时间内总位移,m。
2.2 碰撞弹跳
落石做碰撞弹跳运动时,可假定为做斜抛运动,即以一定的初速度和水平方向成一定角度抛出,运动轨迹为抛物线。
落石碰撞后会损失部分能量,我们可以用恢复系数法来描述碰撞后落石的运动,这样可以避免碰撞过程中非线性变形以及摩擦问题的直接讨论,便于在工程实践中应用。
根据碰撞理论,落石第i次碰撞后其初始速度为:
其中,Rt为沿x方向的恢复系数;Rn为沿y方向的恢复系数。
可根据表1取值。
由运动学基本原理,落石与基岩碰撞后,速度方程为:
其中,A为坡面与水平面的夹角,(°);B为落石开始弹跳时初速度方向与边坡坡面的夹角,(°);vx为落石任一时刻沿x方向的速度分量,m/s; vy为落石任一时刻沿y方向的速度分量,m/s; t为碰撞发生开始至任一计算点的时间,s。
落石碰撞后的运动轨迹方程为:
其中,x为x方向上的位移分量;y为y方向上的位移分量。
表1 恢复系数取值表
坡面特征
法向恢复系
数
切向恢复系
数
光滑硬岩面、铺砌面、喷射混凝土表面、圬工
表面
0.25~0.750.88~0.98软岩面、强风化硬岩表面
0.15~0.370.75~0.95
块石堆积坡面0.15~0.370.75~0.95
密实碎石土堆积、硬土坡面、植被发育、以灌
0.12~0.330.30~0.95木为主
0.12~0.320.65~0.95密实碎石坡面、硬土坡面、无植被或少量杂草
松散碎石坡面、软土坡面、植被发育以灌木为
0.10~0.250.30~0.80主
0.10~0.300.50~0.80软土坡面、无植被或少量杂草
2.3 滑动
落石在斜坡坡面上,其自重下滑分力大于摩擦力时,在任意垂直位移h,其速度v可用式(7)表示:
2.4 滚动
当落石沿斜坡面发生滚动运动时,为了便于计算分析,如前所述,可将落石
滚动简化为圆形刚体在斜面上的摩擦运动,此时,对于任意位置L有:
其中,v为落石滚动速度,m/s;C=m(m+I/R 2 ) C=m(m+Ι/R2) ,表示和落石的质量与形状有关;I为落石的转动惯量;ϕc为滚动摩擦角;fr为滚动摩擦系数,fr=d/R=tanϕc其与落石的质量、形状、速度、边坡的坡度和坡面覆盖层或者基岩的力学性质有关。
2.5 动能的计算
落石最后具有的总动能可通过式(9)计算,以便为防护设计提供依据。
其中,E为落石具有的总动能,J;I为落石的转动惯量,kg/m2;ω为落石的转动角速度,rad/s。
3结论
落石运动的影响因素很多,运动形式也非常复杂,要精确求解危岩的路径方程难度很大。
本文基于运动学原理,根据落石的运动模式简化计算了落石的运动轨迹,并与数值模拟的计算结果加以对比,可得以下两点结论:
1)落石运动路径和预测的基础为危岩崩落后的起始运动状态,起始状态可通过运动学原理计算求得。
基于运动学原理的运动方程基本能够描述理想情况下落石的运动轨迹。
2)Rockfall数值模拟的结果与理论计算较为吻合,两者的计算结果可相互验证,以便为防护设计提供依据。
基于运动学计算和数值模拟计算,不仅能够计算落石沿坡面的完整运动路径,而且也能够预测落石在坡面的跳跃段位置和滚滑段位置。
根据上述计算、分析,在实际工程设计中,可选择落石弹跳高度小、动能小、便于施工的位置,结合防治要求,灵活设置防护网。
但本文也存在有不足之处。
实际上,崩塌落石的运动轨迹受到多种因素的影响,比如:落石的形状、落石运
动过程中的碎裂以及其相互碰撞对落石运动轨迹的影响等本文均未考虑,这方面的工作应当深入研究,以便建立完整的崩塌落石评价体系。
参考文献
[1] 胡厚田.崩塌与落石[M].北京:中国铁道出版杜,1998.
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