滚石坡面冲击回弹规律研究

基于自由落体的落石冲击土层的理论及LS-DYNA模拟研究王星; 周天跃; 师江涛; 夏永旭【期刊名称】《《北京交通大学学报》》【年(卷),期】2019(043)004【总页数】9页(P9-17)【关键词】防护结构; 落石冲击; 理论研究; 数值模拟【作者】王星; 周天跃; 师江涛; 夏永旭【作者单位】长安大学公路学院西安710064; 陕西交通建设集团西安710086【正文语种】中文【中图分类】TU45滚石灾害已经成为目前中国的3大地质灾害问题之一，尤其是雨季时隧道洞口处的滚石灾害情况更为严峻.各种滚石防护结构便应需而设，而防护结构设计的核心即是要准确解析并计算出滚石的冲击力.国内外学者针对滚石冲击力的计算做出了大量的研究：其中传统的Hertz接触理论及Thornton弹塑性理论被广泛引用[1-2].文献[3]深入分析了物体间在静态接触、滑动、滚动、冲击等作用下的力学响应规律，并给出了相应的计算公式.文献[4]通过采用室内试验的方法，得出了滚石冲击力的半经验半理论算法.文献[5]以室内试验及动量定理为基础，给出了一种滚石冲击力的半理论半经验算法.文献[6]从现场测试的角度出发，获得了滚石冲击力及冲击深度的量纲为1的计算表达式.文献[7]研究了滚石直接冲击混凝土板时的力学响应情况.文献[8]对滚石冲击力进行了研究，并得出了滚石冲击力呈现出脉冲式变化规律的结论.文献[9]同样证明了滚石冲击过程属于一种脉冲式的碰撞过程.文献[10]以理论计算为手段，分别推导出了滚石冲击力的空腔膨胀算法以及能量守恒算法.文献[11]采用实验及动量定理的方法，归纳出了滚石冲击力的计算方法.文献[12]同样在动量定理的基础上总结出了滚石冲击力计算方法.文献[13]研究了滚石冲击荷载下垫层材料的动力响应情况.文献[14]分析了滚石冲击柔性防护网的力学响应规律.文献[15]结合理论算法推导出了滚石冲击防护结构垫层的冲击力.针对滚石冲击力，国内外学者研究成果较多，意义深远.然而目前国内的相关设计规范及其他滚石冲击力的算法，其所得结果多为滚石的平均冲击力，同时日本、瑞士学者所给出的经典算法均是基于试验所得出的半理论半经验算法，且算式中各字母变量的意义尚不十分明确.为此，本文作者首先基于滚石冲击力脉冲式的变化特点，推导出滚石最大冲击力的脉冲式算法；其次再考虑滚石冲击垫层土体的弹塑性特点，得出滚石最大冲击力的弹塑性算法；再次通过采用LS-DYNA软件模拟分析了滚石的冲击力及侵彻深度随时间的变化规律，并归纳出滚动冲击力的LS-DYNA算法.最终将所获得的3种算法与已有算法进行对比分析，以期为滚石防护设计提供参考.1 滚石冲击力的脉冲算法文献[11]提出了一种滚石冲击力的计算方法，定义为关宝树算法，其冲击力P及冲击时间tc的表达式分别为(1)(2)式中：m为滚石的质量；a为滚石冲击加速度；Q为滚石的重量；g为重力加速度；h为垫层材料的厚度；He为滚石的下落高度.从而有滚石冲击过程中的平均冲击力Pa为(3)由于Pa产生的冲量与实际冲击力P(t)产生的总冲量It相等，则有(4)式中：2t0为滚石冲击时间.滚石冲击过程属于一种脉冲式行为，且冲击力随时间基本呈现出近似正弦变化的趋势[8-10,16]，故考虑P(t)近似满足图1中的正弦变化规律.图1 滚石冲击力的变化曲线Fig.1 Variation curve of rockfall impact force则有滚石实际冲击力P(t)与滚石最大冲击力Pmax之间的关系为P(t)=Pmaxsin(ω0t)(5)根据正弦曲线的性质可得(6)式中：T为周期；ω0为角速度.联立式(4)～(6)可得(7)联立式(3)及式(7)，便可求出滚石的最大冲击力Pmax为(8)考虑到滚石在冲击垫层土体后会产生一定的回弹，假定滚石的初始速度为v初，反弹的速度为v弹，v初与v弹的方向相反，则有恢复系数κ为κ=v弹/v初(9)根据动量定理，则有考虑恢复系数影响后，对滚石最大冲击力Pmax进行修正的滚石冲击力P修的表达式为P修t=mv初-(-mv弹)(10)联立式(9)～(10)，可以得出P修t=(1+κ)mv初=(1+κ)Pmaxt(11)从而有P修=(1+κ)Pmax(12)考虑恢复系数κ的影响，联立式(8)及式(12)，则可得出滚石冲击力的脉冲算法的表达式，定义为脉冲算法P修(13)参数κ可参考文献[17]的实验结果进行取值.进而求取滚石侵彻深度的理论计算值.假定v(t)为随冲击时间变化的动态滚石冲击速度，则结合牛顿第二定律有(14)联立式(5)～(6)、(14)，则有(15)对式(15)进行积分后，则有(16)(17)式中：C为常数.此处存在边界条件t=2t0,v=0，则有(18)从而可得出滚石的冲击深度为(19)对式(19)进行积分后，则有(20)联立式(2)、(13)、(20)，可得(21)2 滚石冲击力的弹塑性算法滚石在冲击下部垫层土体后，最先与滚石接触的正下方土体区域将经历：接触-弹性变形-弹性变形的临界状态-塑性变形，而距离滚石较远的区域则一直保持着弹性变形的状态.在冲击行为发生后，滚石与垫层土体之间将会形成球冠接触面，为了对滚石冲击力进行计算，需通过转换为滚石与垫层土体之间的接触面积大小进行考虑并计算，最终形成图2所示的接触面积的区域划分.图2中，滚石与垫层土体之间形成接触半径为fp的塑性区，而弹性接触面积外缘的半径为fr.图2 垫层的弹塑性区域分布Fig. 2Regional distribution of elastoplasticity of cushion滚石球体冲击垫层土体时的弹性接触压力Pe与变形量Se之间的关系式为(22)式中：Ra为等效半径；Ea为等效弹性模量.Ra与Ea计算方式为(23)式中：υ1、υ2分别为滚石、垫层土体的泊松比； E1、E2分别为滚石、垫层土体的弹性模量；R1、R2分别为滚石、垫层土体的半径.滚石冲击垫层土体后会形成一个球冠接触面，其接触面积Ac为Ac=πf2=πR1S(24)式中： f为滚石的接触半径；S为对应于接触半径f下的侵彻深度.从而有f2=R1S(25)土体在弹性变形阶段的极限屈服应力py及对应的接触半径fy之间满足关系式[18](26)py与屈服应力系数λ、材料屈服强度χM之间的关系，以及λ与υ2之间的关系为[19](27)联立式(25)～(27)，便可以求出滚石的弹性极限冲击深度Sel为(28)联立式(22)及式(28)，即可算出滚石的极限弹性冲击力Pel为(29)结合图2可得出相应的力学平衡关系式为(30)式中：fp为土体垫层的塑性区半径.从而弹塑性冲击条件下的力学平衡关系式为(31)式中：fmax为滚石冲击过程中的最大接触半径；fr为弹性接触半径；Pep为弹塑性冲击力.联立式(21)、(25)及式(31)便可得出滚石冲击力的弹塑性算法的表达式，定义为弹塑性算法Pep=Pel+πpyR1(32)3 LS-DYNA动态数值模拟采用LS-DYNA软件模拟滚石冲击垫层土体的动态过程，并选取典型计算工况进行呈现：垫层的材料为砂土，尺寸为5 m(长)×5 m(宽)×1 m(高)，滚石半径为0.5 m，冲击速度为20 m/s.滚石与垫层土体间设置为“面-面接触”，垫层土体中心1.5 m×1.5 m的区域进行了网格加密.垫层土体的下底面设置了3个方向的全约束，滚石的冲击时间设置为0.06 s，计算步设置为200步，此次计算时间约为46 min.材料参数具体见表1.表1 垫层土体材料参数Tab.1 Material parameters of cushion soil土体材料重度/(kN/m3)内摩擦角φ/(°)弹性模量E/MPa泊松比υ屈服强度χM/kPa碎石土20.436290.15239砂土15.228160.20152黏土12.72080.2495滚石25.0—320.12—LS-DYNA的数值计算模型及滚石冲击垫层土体后0.015 s、0.045 s及0.06 s时的Von mises应力云图如图3所示，根据图3中的应力等级色条便可得出土体垫层各部分的应力分布情况，同时也可判别相应的弹塑性区域.图3 LS-DYNA数值模拟结果Fig.3 LS-DYNA numerical simulation results滚石的冲击力随时间的变化曲线如图4所示.由图4可见，在滚石冲击0.004 s后，滚石的冲击力即达到峰值，而在此后的0.004～0.048 s期间，滚石的冲击力在逐步的震荡过程中减小至0，滚石冲击过程完成.图4 冲击力的变化曲线Fig. 4Variation curve of impact force滚石冲击过程中侵彻深度随时间的变化曲线如图5所示.可见在0～0.034 s期间，滚石的侵彻深度将会随着冲击时间的增加而呈现出近抛物线的增加趋势，且在0.034 s时形成最大冲击坑深0.301 m，而在0.034～0.048 s期间，产生了约2.6 cm的回弹，并最终形成了0.275 m的冲击坑深.图5 侵彻深度的变化曲线Fig. 5Variation curve of penetration depth滚石冲击结束后，垫层土体结构中轴线上的各节点的最终位移如图6所示.图6 冲击坑的位移曲线Fig.6 Displacement curve of impact crater可见冲击坑横剖面的左右两侧形状对称，冲击坑中心所形成的最大位移变形为0.275 m，并在坑的周围形成了约8 cm的隆起，垫层土体发生变形的主要区域是坑中心处半径为0.5 m圆的范围.4 计算结果对比分析为对各算法下滚石冲击力的计算结果进行对比分析，选取滚石半径为0.5 m，滚石质量为1 308.25 kg，垫层厚度取为1 m，其余的计算参数见表1及表2，计算工况中的各计算参数参考文献[20-21]进行选取，各种算法的计算表达如下[22].表2 滚石冲击力计算工况表Tab.2 Working condition table for calculating rockfall impact force工况冲击速度/(m/s)下落高度/m冲击能量/J140.8210 466261.8423 548.5383.2741 8644105.1065 412.55127.3594 19461613.06167 45672020.41261 65082429.39376 7761)Hertz算法：(33)2)瑞士算法：(34)3)日本算法：(35)4)隧道手册算法：(36)(37)(38)式中：ME为垫层土体弹性模量；ε为拉梅常数；v0为滚石初始冲击速度；vc为滚石冲击垫层的压缩波速.碎石土、砂土、黏土垫层情况下垫层各算法所得出的滚石冲击力如图7～图9所示.通过对图7～图9进行分析，可得出如下结论：图7 碎石土垫层的“冲击速度-冲击力”曲线Fig.7 “Impact speed - impact force” curves of gravel soil cushion图8 砂土垫层的“冲击速度-冲击力”曲线Fig. 8 “Impact speed - impact force” curves of sandy soil cushion图9 黏土垫层的“冲击速度-冲击力”曲线Fig. 9 “Impact speed - impact force” curves of clay cushion1)Hertz算法所得出的滚石冲击力值无疑是偏大的，这主要是由于该算法是基于完全弹性理论所得出.瑞士算法结果略微偏大，因为该算法考虑了垫层材料的弹性模量的影响，并取弹性模量值的2/3次方作为因子，同时瑞士算法明显满足P碎石土>P砂土>P黏土，而当垫层土体为黏土材料时，瑞士算法冲击力已小于日本算法，由此可见，瑞士算法结果整体较大，同时垫层土体的弹性模量对瑞士算法结果影响较大.2)日本算法所得结果整体较为偏大，且冲击力值整体较为稳定，是因该算法考虑将滚石重力值的2/3次方及下落高度的3/5次方作为滚石冲击力的计算因子，而拉梅常数值一般取为106.3)关宝树算法所得出的计算结果整体偏小，这是由于其算法所得出的冲击力为整个冲击过程中的平均冲击力值，且实验过程中选用的是5 N及8 N的试验锤，或有可能存在一定的局限性，当试验中的滚石质量达到13 082.5 N时，关宝树算法可能会存在一定的偏差，从而导致计算结果偏低.4)隧道手册算法所计算出的冲击力值普遍偏小，是因为在该算法中滚石冲击力时间的计算是通过2倍的垫层厚度与压缩波速之比所得出的，垫层厚度直接影响到冲击时间，故而冲击时间势必存在一定的偏差，最终致使冲击力与实际存在偏差. 5)LS-DYNA数值模拟结果与日本算法、瑞士算法、弹塑性算法及脉冲算法之间的吻合度较好，实现了各算法之间相互验证.脉冲算法整体与日本算法、瑞士算法及数值模拟算法保持一致，但仍略有偏小.弹塑性算法与日本算法、瑞士算法、数值模拟算法及脉冲算法整体一致性较好，从而证明了该算法的可靠性，这或可能是由于该算法充分考虑了滚石冲击过程中垫层土体的弹塑性变化情况，从而得出了较为准确的计算公式.5 滚石冲击力的LS-DYNA算法由于LS-DYNA数值模拟计算结果为滚石的最大冲击力，而隧道手册算法所得出的计算结果为滚石的平均冲击力，且隧道手册算法充分考虑了垫层土体的厚度、弹性模量、密度、泊松比及滚石的重量及下落高度等因素.故而尝试定义将滚石的最大冲击力与平均冲击力之比作为冲击力的放大系数，且给出放大系数的建议值，并通过计算获取碎石土、砂土及黏土垫层的滚石冲击力放大系数ζ与滚石冲击速度v0之间的关系，建立v0-ζ散点图，并进而拟合出相应的滚石冲击力放大系数曲线，具体见图10.图10v0-ζ曲线Fig.10v0-ζ curves对于碎石土、砂土及黏土垫层，其滚石冲击力的放大系数曲线表达式为(39)式中：ζ碎石、ζ砂土、ζ黏土分别为碎石土垫层、砂土垫层、黏土垫层时的冲击力放大系数.鉴于式(39)中3条拟合曲线之间存在较小差异，故在综合考虑滚石冲击过程中的多方因素后，得出最终统一的冲击力放大系数ζe的表达式ζe=0.655+0.241ln(v0+2)(40)联立式(36)～(38)、(40)，并考虑滚石恢复系数的影响，从而得出滚石冲击力为(41)在考虑滚石冲击角度及滚石自重因素的影响后，得出滚石最大冲击力的LS-DYNA 算法的最终表达式，定义为LS-DYNA算法(42)式中：θ为滚石冲击速度与垫层土体表面的夹角；β为滚石重力的方向与垫层表面的夹角.为验证式(42)的准确性，将其计算结果与Hertz算法、日本算法等8种算法的计算结果进行对比，并分别考虑碎石土、砂土及黏土垫层的情况，对比结果如图11～13所示.图11 碎石土垫层的验证结果Fig. 11Verification results of gravel soil cushion 图12 砂土垫层的验证结果Fig.12 Verification results of sandy soil cushion图13 黏土垫层的验证结果Fig. 13Verification results of clay cushion可见LS-DYNA算法结果与日本算法、瑞士算法、数值模拟结果、弹塑性算法及脉冲算法结果具备较好的一致性，脉冲算法及隧道手册算法结果仍略微偏小，而Hertz算法仍明显偏大，而关宝树算法无疑偏小，与之前的对比验证结果保持一致，其较好地验证了式(42)的准确性.在得出滚石最大冲击力值后，此时便可结合文献[12]计算出滚石冲击力作用在防护结构顶板上的压力q，见图14.图14 防护结构顶板上的冲击压力Fig. 14Impact pressure on roof of protective structure由图14可知q为(43)假定滚石冲击力作用于防护结构顶板上部的垫层的面积为滚石球体的等效截面，即落石等效直径为2R1的区域.其中在隧道手册算法中中假定θ为30°，而在路基规范中假定θ为35°，此处由文献[22]可得θ=45°-φ/2(44)式中：φ为垫层土体的内摩擦角.6 结论1)基于关宝树算法以及滚石冲击力的脉冲式变化规律，同时考虑了滚石冲击恢复系数的影响，得出了滚石冲击力以及侵彻深度的脉冲算法.结合滚石冲击过程中垫层土体的弹塑性变化过程，建立了滚石冲击力的力学平衡关系式，并基于侵彻深度与接触半径之间的关系，推导出了滚石冲击力的弹塑性算法.2)通过采用LS-DYNA软件分析研究了滚石冲击垫层土体的微观力学响应机理，得出了滚石冲击力及侵彻深度随冲击时间的变化规律，并给出了最终塑性冲击坑的形状.3)结合具体的滚石冲击计算工况，对各算法进行了对比分析.研究结果表明：完全弹性的Hertz算法结果明显偏大，日本算法、瑞士算法、数值模拟算法、脉冲算法、弹塑性算法结果吻合性较好，但相互之间存在少量差异，脉冲算法及隧道手册算法略微偏小，关宝树算法则明显偏小.4)以数值模拟结果及隧道手册算法为基础，建立了 v0- ζ之间的拟合曲线，并在考虑κ、θ、滚石自重影响的基础上，得出了滚石最大冲击力的LS-DYNA算法，最终结合8种算法结果对LS-DYNA算法的适用性进行了验证.参考文献【相关文献】[1] THORNTON C. 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Value Engineering0引言保持边坡的稳定状态对于避免边坡滚石和滑坡安全事故隐患，确保边坡下部采区作业人员和设备安全有着十分重要的作用。

吴礼军等[1-2]对矿山边坡的主振频率及质点振动速度进行采集，并对采集数据进行回归分析，得到了边坡爆破振动衰减规律。

王文等[3-4]进行多次爆破振动监测通过一元及二元回归得出径向、切向和垂向振动速度预测公式，并证明二元回归的采场爆破振速传播公式精度高。

杨茂森等[5-6]对露天采场爆破振动下不同方向的振动速度进行分析，得出水平方向为主要控制方向。

某矿坑南扩工程采坑的南端帮为原矿坑内排土场，上部最终形成的台阶边坡为填方松散体，受爆破振动影响，存在一定的安全隐患。

为了控制矿坑南扩过程中南端帮边坡稳定，需要定期在边坡上进行爆破振动测试，对动态情况下的边坡稳定性进行研究分析，判断爆破振动对边坡产生的影响，同时指导爆破参数修正，以保证该矿坑南扩过程中的边坡稳定，并为以后的矿山爆破提供指导。

1现场爆破振动监测为了获得好的测试效果，测试选择成都中科测控有限公司生产的TC-4850爆破测振仪和速度传感器，现场爆破振动测试传感器采用低频三向振动速度传感器，它与爆破测振仪配套使用。

监测三次，每次爆破均采用斜线逐孔起爆网路，一次爆破总药量分别为1950kg 、5280kg （分2次起爆：4080kg+1200kg ）和16272kg （分2次起爆：9792kg+6480kg ），最大单响药量不超过90kg 。

在2450、2460和2470平台的坡顶和坡脚用混凝土各布置了2个测点，共6个测点，测点距爆区距离见表1。

2监测结果分析通过三次监测共得出17组有效数据，其测点距离、最大振动速度、主振频率见表2。

通过分析以上实测爆破振动数据，发现随着边坡高程及水平距离的增加，三个不同方向上的振动峰值速度呈现出先增大后减小的趋势，这表明爆破振动在边坡表面发生了局部放大效应。

但总体看来，随着边坡高程及水平距离增加，爆破振动波速度峰值保持下降的总体变化规律，这表明边坡高程对爆破振动传播的影响有限。

特别策划·铁路安全铁路隧道洞口高陡边坡危岩落石危害分析及整治措施贾跃军1，沈鹍2，王东妍2（1.中国铁路上海局集团有限公司宁波工务段，浙江宁波315012；2.中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所，北京100081）摘要：危岩落石是山区常见的地质灾害之一，对铁路运营安全造成威胁。

以某铁路隧道洞口边坡危岩落石为研究对象，通过现场勘察对危岩体的分布特征、类别、结构面等信息进行相关的获取、测量工作，在此基础上对落石的优势路径进行预测，利用数值模拟对研究区内不同区域的危岩落石运动特性进行分析研究，并针对性地提出“分区治理、分级防护”的综合治理整治措施，为类似工程的设计思路和治理措施提供指导和建设性借鉴。

关键词：铁路安全；铁路隧道；隧道洞口；危岩落石；高陡边坡；整治措施中图分类号：U458.3 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2023）09-0009-09 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2023.05.30.0060 引言随着我国高速铁路事业的发展，逐渐由平原地区向地形复杂的高边坡山区修建，山区存在的崩塌落石现象随时威胁着铁路安全［1］。

危岩落石已成为威胁我国铁路安全的主要地质灾害之一［2］。

因此，对山区高边坡危岩体的稳定性及运动特征进行研究很有必要。

针对危岩落石灾害问题，国内外诸多学者对此进行了大量研究。

杨少军等［3］结合危岩落石的运动规律，对桥梁工程防治危岩落石设计标准制定的关键技术问题进行探讨；吴红刚等［4］基于模型试验，对不同结构面及不同形态的危岩体进行碰撞试验，研究落石结构面对坡面冲击的不同作用影响；何思明等［5-6］针对崩塌滚石灾害的力学机理及落石在坡面上的运动特性进行研究，揭示落石在坡面上的回弹规律，并提出一些防治关键技术；Spadari等［7］对澳大利亚新南威尔士的滚石开展原位坡面试验，研究滚石在坡面上的运动特性；Buzzi等［8］基于室内试验对落石在边坡上的回弹恢复系数进行研究；Asteriou等［9］研究了地质条件和运动参数对落石恢复系数的影响。

地球科学与环境工程河南科技Henan Science and Technology总第876期第5期2024年3月收稿日期：2024-01-12作者简介：吴博（1998—），男，硕士生，研究方向：岩土工程与地质灾害；杨晓洁（2000—），女，硕士生，研究方向：工程地质与地质灾害。

滑坡碎屑流冲击挡桩的模型试验研究吴 博 杨晓洁（华北水利水电大学，河南 郑州 450046）摘　要：【目的】研究滑坡-碎屑流在真实三维地形上的运动冲击过程及其堆积形态。

【方法】使用PFC3D 数值模拟重现模型试验,分析碎屑流冲击力的影响因素。

【结果】较高的挡桩能更有效地减缓冲击力，并减少碎屑流的运移距离和堆积长度；颗粒粒径或体积增加时，碎屑流造成的冲击力会增大；挡桩所在截面颗粒冲击力大致呈正态分布,中部挡桩所受冲击力最大,往两侧冲击力逐渐减小。

【结论】通过数值模拟研究碎屑流冲击力，可为后续防治提供参考。

关键词：滑坡碎屑流；模型试验；PFC3D ；冲击力中图分类号：P642.22 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2024）05-0100-04DOI ：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2024.05.021Model Test Study on Impact of Landslide Debris Flow on Retaining PileWU Bo YANG Xiaojie(North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450046, China)Abstract: [Purposes ] Study the movement and impact process of landslide-debris flow on real three-dimensional terrain and its accumulation morphology.[Methods ] Use PFC simulation to reproduce the model test to analyze the influencing factors of debris flow impact force.[Findings ] Higher retaining piles can more effectively slow down the impact force and reduce the migration distance and accumulation length of the debris flow; when the particle size or volume increases, the impact force caused by the de⁃bris flow will increase; in the section where the retaining piles are located, the particle impact force is roughly normally distributed, with the middle pile receiving the greatest impact force, and the impact force gradually decreasing toward both sides.[Conclusions ] The impact force of debris flow is studiedthrough numerical simulation, which provides a reference for subsequent prevention and control.Keywords: landslide debris flow; model test; PFC3D; impact force0 引言高速远程滑坡-碎屑流是一种具有高度危险性的地质灾害，其主要特点包括运移距离较长、滑动速度快，能够造成广泛的冲击破坏［1-2］。

基于弹塑性理论的落石碰撞恢复系数和峰值冲击力研究梅雪峰; 胡卸文; 罗刚; 杜映锦; 马洪生; 吴建利【期刊名称】《《振动与冲击》》【年(卷),期】2019(038)008【总页数】7页(P14-20)【关键词】落石; 斜碰撞; 能量原理; 冲击力; 恢复系数【作者】梅雪峰; 胡卸文; 罗刚; 杜映锦; 马洪生; 吴建利【作者单位】西南交通大学地球科学与环境工程学院成都610031; 西南交通大学高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程实验室成都610031; 四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院成都610041【正文语种】中文【中图分类】P642.21崩塌落石是高山峡谷区常见的斜坡地质灾害之一[1]。

典型的落石过程一般要经历四个阶段：坠落启动-滚滑加速-抛射碰撞-减速停止(见图1)。

岩土体间发生的复杂冲击和接触决定了落石的运动形态[2]。

Ritchie[3]是第一个系统性研究落石问题的学者。

Rochet[4]根据规模将落石分为2类：单体落石(1×10-2～1×102 m3)；落石群(>1×102 m3)。

其中，落石群又可分三种规模：一般、较大、超大。

体积分别介于1×102～1×105 m3,1×105～1×107 m3及大于1×107 m3。

由于落石具有突发、随机及高能的动力特性，因此对生命、房建、交通及环境带来巨大的威胁。

中国[5]、Nepal[6-8]、Italy[9-10]、Canada[11]、Japan[12]、PeruvianAndes[13]等地落石灾害均造成了巨大的损失。

Gardner对Lake Louise地区842 h的调查，共报告了563起落石事件。

撞击过程中的峰值冲击力和恢复系数是落石问题研究中最主要的两个特征参量，其决定了落石的危害程度、影响防护结构设计特征参数及落石运动轨迹等。

高陡边坡爆破滚石的控制及防护技术摘要：本文通过介绍了深孔松动控制爆破技术和边坡岩体防护技术在高陡边坡爆破下方受威胁设备设施中的应用。

希望对矿山高陡边坡石方大量爆破滚石的控制提供一定的指导、参考作用。

关键词：高陡边坡；爆破滚石；控制及防护爆破是矿山开采最常用的手段之一，主要是因为经过炸药的爆破作用后的岩石会变得松散方便挖掘工作的开展，但是爆破也会带来噪音、振动、滚石、飞石、边坡失稳等一些安全的因素。

所以在露天矿山的开采中，一定要按照规定的开采设计台阶式自上而下的进行日常生产活动，在开采时怎样制定合理的措施来保证边坡稳定以及周边设备设施安全，是目前矿山管理者面对的问题。

一、优化爆破方案深孔松动控制爆破中的“深孔”是指除一些突出的大石头采用手风钻钻孔处理外，其他一些岩石主要是用钻机进行打眼而不是手风钻打眼；“松动”是指采取深孔爆破，使被爆破岩石破碎飞散的距离减少，更加方便机械进行清理；“控制”总的来说就是指在进行深孔爆破时可以有效的控制飞石和滚石的体积以及滚动距离和振动产生的冲击波等。

深孔松动控制爆破是在常规深孔爆破的基础上，对安全更高要求的一种爆破技术。

在进行深孔爆破也会出现大量飞石抛散现象，但是采用深孔松动进行爆破，爆破的岩体也会松动破碎但是却不大量的飞散，进而对爆破产生的破坏进行有效控制，使用深孔松动进行爆破即使在复杂的环境下进行爆破，也能提高爆破的安全性，这是一般的深孔爆破不能保证的。

积极的从源头控制好爆破产生滚石的体积和数量是对整个爆破工程进行防护的重要环节。

争取在爆破后滚石的体积小于2立方米，这样就会大大的缩短石块滚落的距离，进而降低滚石的安全隐患。

（1）在深孔爆破之前处理危石。

在爆破前观察高陡边坡上的石块，把那些可能因为爆破产生的震动或是挤压而滚下去的危石和悬石，提前用手风钻打孔爆破进行处理。

（2）在临边爆区划分为主爆区加临边缓冲区。

主爆区正常布孔，孔与孔之间的距离为5.5米，排与排之间的距离为4米，梯段高度12米，超深1.5米，钻孔直径144毫米。

滚石防护机理简介及防治对策李小强1 严树2（1.2 深圳中广核工程设计有限公司518000）【摘要】本文介绍了边坡滚石地质灾害的产生条件，对滚石的能量及运动轨迹进行了分析，然后介绍了滚石常用的防护方式，并针对具体工程实例对柔性防护系统做了介绍。

【关键词】滚石、边坡、地质灾害、防护方式Mechanism of action and prevention methods ofslope rock fall hazardLi Xiao Qiang1 Yan Shu2（1.2.China Nuclear Power Design Company, Ltd（Shenzhen））【Abstract】The authors discussed the mechanism of rock fall with slope and analyzed the energy and motion track of rockfall. Common protection methods are introduced and SNS protection system is described combined with specific engineering.【Key words】Rockfall, Slope, Geological Hazards, Protection Method1引言我国是个多山的国家，各种地质灾害常有发生，加之人口众多、幅员辽阔，各类工程建设和资源开发分布广泛、规模庞大、数量众多，必然地要带来大量的坡面地质灾害问题。

在坡面地质灾害中，各种成因和规模的滚石是常见的一种。

如何防治滚石灾害，一直是工程技术人员研究的对象。

本文对前人滚石防护的理论做了一个简要的介绍，并结合一个典型工程实例介绍了柔性被动防护系统。

2滚石防护理论简介2.1滚石的形成条件滚石的发生必须具备两方面条件，一是滚石的来源，即边坡上必须要有潜在滚石体，一般称为危岩或危石，这取决于边坡的地质特征。