钢筋混凝土结构抗落石冲击作用研究

Rock fall is one of the three natural disasters in mountain area. It imposes significant damage on the road traffic, personnel security, infrastructure, etcIt is focused on the contact mechanism between rock fall and reinforced concrete structures. The impact force is critical for the investigation of rock fall disasters. A formulation for the calculation of impact force will be set up using experimental, numerical and theoretical methods. The dynamic response, failure pattern and damage mechanism will be analyzed and the corresponding protecting technology and standards will be put forward. Based on the shape characteristics of rock fall, a three-dimensional polyhedron with randomness in shape will be set up. The algorithms for the description of shape will be given. It will be investigated on the relationship between the impact force and the shape characteristics. Discussions will be conducted on the effects of rock fall shape on the impact force with structures. The calculating methods will be put forward for the impact force with reinforced concrete structures. Protective technology and structures for the rock fall impact will be set up based on the studies on damage and failure mechanism.

落石是山区三大自然灾害之一，对道路交通、人员安全、基础设施等危害较大。本课题针对落石与混凝土结构之间的作用机理，拟采用理论分析、试验研究和数值模拟相结合的方法，建立落石与钢筋混凝土结构之间的撞击力计算公式，研究落石冲击荷载作用下结构的动态响应与破坏模式，分析其损伤破坏机理，并提出相应的加固技术和标准。根据落石颗粒的形状特性，采用三维随机建模方法，建立具有一定形状特性的落石颗粒，并提出颗粒形状系数定量描述算法，建立撞击力与形状系数之间的关系；在此基础上，进一步讨论落石形状特征对撞击力的影响，建立落石与钢筋混凝土结构之间撞击力的计算公式；进一步研究结构的损伤破坏机理，提出相应的新型防护结构。研究结果对提高我国重要建筑物的安全性，具有重要意义。

本项目针对山区落石灾害问题以及混凝土棚洞结构动态响应机理，综合运用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，开展了以下几个方面的研究工作，一是提出了落石沿坡面运动轨迹的三维分析方法，为开展落石灾害运动轨迹以及落石受灾区域研究，建立了重要的分析方法；二是开展了落石冲击砂垫层的冲击力及侵深的试验研究，建立了干沙防护层厚度设计方法；三是开展了落石冲击垫层的三维精细化有限元和细观离散元分析，得到了干沙防护层的防护机理；四是开展了落石冲击力及侵深的理论分析和研究工作，提出了冲击力计算公式；五是开展了落石冲击荷载下混凝土梁的动力分析，提出了落石冲击荷载下混凝土梁的动力分析方法；六是开展了落石冲击荷载下棚洞结构的动态响应研究，建立了含干沙防护层的山区RC棚洞结构动态响应分析方法。七是开展了静动态荷载下，珊瑚混凝土材料与结构的力学性能与损伤破坏机理研究。在项目实施过程中严格按照计划执行，顺利完成了各项研究内容。项目研究成果对山区落石灾害的预测与防护，具有积极的意义。提出的落石运动轨迹计算方法，对山区落石灾害受灾区域预测提供了重要的方法，提出的RC棚洞结构动态响应评估方法，对山区防落石棚洞结构安全性评估，提供了重要的方法依据，提出的棚洞结构顶部干沙防护层厚度计算方法，为山区落石防护提供了科学依据。