文摘

介绍了缓解大规模岩石边坡落石灾害的使用现场试验和数值模拟。为此,现场测试包括摆测试和实际岩石下降测试进行了探讨岩石运动如旋转、排斥,和速度。开发模型的仿真,验证之后,校准过程是在球场上测试。在这项研究中,提出了一种简单的和新的方法来减轻使用所谓的落石灾害砂池由放弃然后填砂岩石应该停止或逮捕。结果表明,砂池非常有效和经济的方法。

1。介绍

岩石时偶尔会导致灾难性的情况下降落的道路和设施。传统的方法来保护或减轻落石灾害是具体障碍(刚性)或落石栅栏(灵活)。这些方法有缺点的维护。混凝土障碍,它可以严重破坏当岩石撞击不断的障碍。此外,混凝土的施工/重建成本障碍是高(1]。落石的栅栏,尽管建设成本相对较低,保护的能力较低,可能发生穿孔的净,所谓的子弹效应(2,3,4]。在这项研究中,引入了一个简单的和新方法来减轻使用所谓的落石灾害砂池。砂池是由放弃然后填砂岩石应该停止或逮捕。的能力砂池停止或逮捕落石是检查。根据其功能,砂池的大小是决定。为了检查砂池的功能,集成与数值模拟进行了实地测试。在现场测试中,共有四摆测试使用两个大型起重机和混凝土球(1吨)进行获得岩石的恢复系数。岩石坠落测试也进行真正的岩石山坡上研究岩石的运动如旋转、排斥,和速度。边坡的岩石被以最高214米的身高和230米的长度在垂直方向和水平方向,分别。岩石瀑布时,两个主要参数控制岩石运动恢复系数和摩擦系数。 As stated earlier, the restitution coefficient was obtained from the pendulum tests, whereas the friction coefficient was determined from the calibration process of numerical simulation on the representative slope. After calibration processes, the validation of the developed model was made on different sections of slopes where the field tests were performed. The results showed that the proposed sand pool method was very effective and economic. In addition, maintenance can be simply done by removing the arrested rocks and replacing sand without compaction.

2。实地测试

两场测试等摆进行了测试和rock-dropping测试。每个测试的细节下面描述。

2.1。摆测试

共有四摆测试使用两个大型起重机和混凝土球(1吨)进行获取岩石的恢复系数如图1。


图1
钟摆测试的概述。

两个的四个测试进行的上部岩墙,和其他人进行的下部岩墙。具体的细节球用于测试展示在表1。

表1
具体的细节球摆测试中使用。

恢复系数是通过测量获得的距离墙混凝土球反弹的位置呈现在图2和计算表达以下方程: 在哪里CR恢复系数, 是初始距离混凝土墙球,然后呢 混凝土的最大距离球反弹后在墙上。

(一)
(一)
(b)
(b)
图2
摆测试恢复系数:(一)初始位置;(b)的最终位置。

图2介绍了混凝土初始和最终位置的球。图2(一个)显示具体的球的初始位置和测量距离墙前撞墙,代表 在方程(1)。图2 (b)介绍了混凝土球的最终位置和测量最大距离从墙上反弹,代表 在方程(1)。因此,宪法系数(CR用8.39)被计算为0.48 1.91, 在方程(1)。

测试结果展示在表2。势能、速度和恢复系数表中列出了所有四个测试。表中的速度计算混凝土球时撞到墙上。

表2
摆的测试结果。

如表所示2的平均返还系数岩墙的上、下部分分别为0.52和0.4,分别。从文献[5),恢复系数的范围是0.8 - -0.9为软岩固体岩石和0.3。因此,可以说,摆的恢复系数测试是在合理的范围内。

2.2。Rock-Dropping测试

rock-dropping测试进行的岩石山坡上探讨运动岩石如旋转、排斥,和速度。岩石被从斜坡的顶端有214米高,230米长在垂直方向和水平方向,分别呈现在图3。这种岩石边坡堤坝和15米高,4米宽。共有13个岩石下降,排斥的高度、速度、位置测量岩石冲击使用高速摄像机和无人机。正如图中所看到的,堤坝的树木减少岩石的能量下降,最后停止了岩石,导致岩石最被停在树上,一些石头掉下来。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
图3
Rock-dropping测试:(一)测量方案;(b)下降方向;(c)高程测量;(d)接触的位置。

从测试,反弹的高度岩石从崖径测量使用高速照相机。此外,下降的速度岩石测量通过高速摄像机和无人机。这项研究的结果发表在表3。

表3
Rock-dropping测试结果。

3所示。数值模拟

使用商业有限元软件进行了数值模拟,有限元分析(6]。岩石瀑布时,两个主要参数控制岩石的运动摩擦系数和恢复系数。摆的获得了恢复系数测试,并确定摩擦系数为0.2的校准过程与现场试验的结果(如图3 (d))。钟摆测试是模拟得到阻尼系数是一个输入参数的模拟。

如图4,动态分析是由考虑混凝土球的输入速度和排斥速度5.54米/秒,2.21米/秒,分别。

(一)
(一)
(b)
(b)
图4
摆的模拟测试:(a)为仿真网格;(b)仿真的结果。

从仿真和校准过程,获得了800年的阻尼系数作为输入参数的真实rock-dropping模拟。

在模拟岩石下降,斜率和岩石被建模为刚性和固体,分别;岩石搬到仅由重力,其行为是由赔偿和摩擦系数见图5(一个)。

(一)
(一)
(b)
(b)
图5
数值模拟:模拟网格;(b)仿真结果。

提出了图5 (b),红色代表的点的位置摸地面,用红色实线代表了摇滚运动的模拟。由于环境条件,图5 (b)显示一个现场试验和模拟结果之间的差异。这种差异可能是真正的斜率有许多树,使减少岩石运动(反射、旋转和速度),而在模拟边坡理想/简单地假定;岩石运动是控制只有斜率的恢复系数和摩擦。尽管这种差异,可以说,模拟的结果与现场试验显示一个好的协议。

4所示。缓解方法

发达模型应用于三种不同部分的斜率,提出图6。这些部分选择真正的斜率(如图3 (b))。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图6
Rock-dropping仿真的开发模型应用:(a)节1;(b)第二节;(c)第三节。

如图6,岩石下降到斜坡的底部和较低的部分,可能会给上升到一个危险的情况,如果有一个建筑或结构。第一节,长途需要停止摇滚相比其他部分。这是由于岩石跳更长的时间和更多的旋转在一个缓坡,见图6 (c)。

为了减轻/减少危险的情况下,砂池和岩石栅栏被安置在坡的下部为每个部分如图7。高摩擦系数应用于砂池,一般用于模拟逮捕/停止高尔夫球在沙坑。见图7岩石被捕/停止与小砂池中运动相比图的结果6的岩石滚下斜坡的底部。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
图7
rock-dropping模拟结果与砂池:(a)节1;(b)第二节;(c)第三节。

5。结论

本研究提出了集成领域test-computational努力调查新开发的影响减轻落石灾害的方法。根据测试结果和仿真,以下的结论。(我)岩石边坡的恢复系数从摆获得测试0.47的参考价值坚固的岩石之间的0.8至0.3的软土(2)从校准过程获得摩擦系数是通过比较rock-dropping测试与仿真。(3)开发模型应用于三种不同的斜率部分有/没有砂池。石头滚下斜坡的底部没有砂池。相反,摇滚停止/被捕后与砂池小运动。(iv)新开发的缓解方法提供了一个很好的优势的维护,只需删除/涵化岩石被捕。

数据可用性

现场试验和数值模拟数据用于支持本研究的结果中包括这篇文章。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究受到了韩国机构基础设施技术进步下的土地、基础设施和运输韩国政府(批准号20 ctap-c152052-02)。