落石冲击作用下组合式消能棚洞的破坏机制研究

Combined energy dissipation shed tunnel is one of the effective control measures for rockfall along the highway and rush repair the rockfall threat highway . Rockfall impacted the shed tunnel was a dynamic process. But now, when calculated rockfall impact force we used the semi-empirical static equation, so there is a big error between the calculated result and actual value. Considered the rockfall’s lithology, shape , incident angle and mass, the process of rockfall impact the combined energy dissipation shed tunnel regarded as inelastic and non-smooth oblique collision. Base on the structural dynamics, collision dynamics, contact mechanics and laboratory test, established the rockfall impact force calculation method for rockfall shed tunnel. with a view to the dynamic process for rockfall impacted combined energy dissipation shed tunnel, Analyzed the Shock Wave’s attenuation characteristics in the combined energy dissipation shed tunnel; reveal the law of combined energy dissipation shed tunnel’s the dynamic response in different impact conditions; established combined energy dissipation shed tunnel’s impact dynamic equation through the interval analysis method; reveal the combined energy dissipation shed tunnel’s dynamic failure mode，Analyzed combined energy dissipation shed tunnel’s failure and energy dissipation mechanism with the different factor. This items should provide a new method for rockfall impact force calculate and abundance the combined energy dissipation shed tunnel’s design theory.

组合式消能棚洞是防治道路落石灾害和快速抢修受到落石灾害威胁道路的有效措施。落石冲击组合式消能棚洞时是一个动态的过程，但是目前落石棚洞的落石冲击力计算以半经验的静力公式为主，与实际值存在较大误差。本项目考虑了落石的岩性、高度、形状、入射角度和质量，将落石冲击组合式消能棚洞的过程视为非弹性非光滑接触面斜碰过程，基于结构动力学、碰撞力学、接触力学和室内试验建立组合式消能棚洞的落石冲击力计算方法。本项目着眼于落石冲击棚洞的动力过程，分析落石冲击波在棚洞中的衰减特性；揭示不同冲击条件下的组合式消能棚洞的动力响应变化规律和时频特征；采用区间分析方法建立落石棚洞的冲击动力方程，揭示组合式消能棚洞的动力破坏模式、分析不同冲击条件作用下组合式消能棚洞的动力破坏机制和消能机制。本项目成果将为组合式消能棚洞冲击力的确定提供新的方法和丰富组合式消能棚洞的设计理论。

组合式消能棚洞是防治道路落石灾害和快速抢修受到落石灾害威胁道路的有效措施。落石冲击组合式消能棚洞时是一个动态的过程，但是目前落石棚洞的落石冲击力计算以半经验的静力公式为主，与实际值存在较大误差。本项目考虑了落石的高度、形状、入射角度和质量，基于模型试验和数值模拟建立了组合式消能棚洞的落石冲击力计算方法。分析了不同垫层条件下各因素对落石冲击力影响的大小关系，并基于离散元分别分析了正碰和斜碰时落石冲击能量和冲击速度的变化规律。然后对消能棚洞的冲击信号进行了时频特征分析，获得了冲击信号的频谱、对数谱和自相关曲线，并揭示了频谱和对数谱极大值对应的振动频率及其变化规律。并基于小波分析方法，提取了各个频段的冲击信号，发现了消能棚洞的落石冲击能量主要特征。最后，分析了不同落石形状、高度和质量条件下消能棚洞结构和锚固系统的动力响应规律和破坏机制，并基于结构动力学、模型试验和数值模拟分析了消能棚洞的消能效果。研发了“悬臂式消能棚洞”和“可拆卸联合消能支座”两种新技术。本项目成果将为组合式消能棚洞冲击力的确定提供新的方法和丰富组合式消能棚洞的设计理论。