基于惯性导航技术的滚石运动特征参数提取研究

现有研究滚石运动的手段存在设备布设复杂、获取数据单一等不足,在计算时普遍采用滚石轨迹随机分布的计算方法进行模糊化处理,精度较低。为快速准确获取滚石运动特征参数,提出利用惯性导航技术进行研究。介绍了惯性导航技术的基本原理,并通过室内试验对滚石试样运动速度及运动姿态进行解算,将解算结果与高速摄像机拍摄图像进行比较,验证了惯性导航技术的准确性。结果表明:(1)采用惯性导航技术,可快速准确获取滚石在运动过程中的加速度、速度、角速度等特征参数,并能够进一步解算滚石运动姿态及能量变化;(2)碰撞姿态对滚石碰撞过程具有明显影响,碰撞姿态将决定滚石后续运动方向、运动速度及冲击能量的大小。

边坡滚石运动的计算模型

边坡滚石是在山区基本建设中常遇到的一种工程灾害 ,其防护结构的设计依据主要是边坡滚石的运动轨迹 ,因而要对这种灾害进行防治 ,首先要确定滚石的运动轨迹。分析了几种主要形式的边坡滚石运动 ,考虑控制滚石运动的主要影响因素 ,从工程的角度建立了一套计算边坡滚石运动轨迹的计算公式 ,并对影响滚石运动的碰撞恢复系数。

矿山排土场滚石运动规律及其灾害防治的研究

本文针对露天矿排土场边坡滚石运动的实测数据运用能量守恒和动量矩原理进行分析研究，论述了滚石运动产生和中止的具体条件，影响滚石运动状态的诸多因素；初步计算出滚石沿排土场边坡滚动的速度、动量、最远滚动距离、弹跳高度等运动轨迹；详细探讨了滚石运动规律；滚石具有很大的破坏力，会造成灾害，须予以高度重视。提出了防治滚石破坏的具体措施，以减少或消除滚石造成的危害。

基于概率统计理论的滚石运动轨迹数值模拟

滚石作为边坡特别是高陡边坡的一种浅表部破坏方式,是严重的地质灾害之一。因其具有突发性高、随机性强,发生频繁和破坏形式复杂等特点,一直是边坡工程勘察治理中的重点和难点。结合四川省南江县杨树村危岩处治工程,运用滚石分析软件对滚石运动轨迹进行数值模拟,分析了危岩段潜在滚石的运行轨迹——最远运移距离和最大弹跳高度以及不同位置的冲击动能和运行速度,探讨了数值模拟在滚石处治设计中的应用。模拟计算结果为"滚石的运动路径已覆盖公路及附近的房屋,严重影响公路的正常运行和居民安全"。设置拦石墙和种植乔木进行滚石防护后,保障了公路的正常运营和居民安全。

直线型斜坡滚石运动速度特征研究

斜坡滚石运动速度特征与坡表覆盖层特征、滚石形状、坡面角度、滚石质量等主要因素有关,选择不同坡表覆盖层,对不同形状、质量的滚石,采用低角度直线坡段设计正交试验(L27(34)),研究斜坡滚石滚动状态下速度特征。分析得到滚石斜坡运动影响因子排序:坡表特性X1、坡角X3、滚石形状X2、滚石质量X4。回归分析得出斜坡滚石运动估算速度公式:v c=-7.85X0.501+0.47X3.222+2.97X0.243,与试验实测值进行对比,得出相对误差为8.2%,相关系数为r=0.92。利用回归方程分析单因素的影响趋势,结果表明:坡表特征与速度有明显线性负相关关系、滚石形状与速度呈上凹型曲线、坡角与速度呈下凹型曲线的数学关系。通过现场试验,实测得到斜坡滚石速度计算简化修正公式v=v0+L2.45v c,对比验证与实测结果吻合较好,证明了本文计算公式对于总体平直、角度局部变化的直线型斜坡的适用性和有效性。所得成果可估算斜坡滚石的速度与冲击能量,对滚石防治措施的选择有参考价值。

基于双目高速相机立体视觉监测的滚石运动试验研究

边坡滚石是威胁人类生命财产安全和工程建设的主要地质灾害之一,滚石运动特征研究与灾害防治工作至关重要。文章基于双目高速相机立体视觉原理,研发了一套滚石现场试验监测系统,开展了滚石运动现场试验研究。通过正交试验方法,考虑边坡不同坡角和滚石不同启落高度、形状、质量等因素对滚石运动的影响,分析G318国道沿线9种不同工况的试验监测结果,得到滚石在整个运动过程中的加速度、速度、位移、跳跃高度等变化规律;根据滚石现场试验监测系统有效获取的滚石运动状态和运动参数演进,总结分析了滚石运动特征,为高原地区滚石灾害防治对策制定提供依据。

滚石运动特性的物理模型试验研究

滚石的运动特征研究是滚石灾害防治的重要前提,而坡表覆盖层和滚石自身特性是影响其运动特征的重要因素。以斜坡覆盖层材质为变量,开展物理模型试验,研究了混凝土坡面和土质坡面下滚石试块的运动特征;并在此基础上,以在建合壁津高速公路边坡为例,开展滚石运动特征数值模拟研究,以运动速度、转动速度、运动能量等为指标分析了滚石形状和尺寸对其运动过程的影响。结果表明:形状和尺寸对滚石运动特征影响较大,滚石越接近球形、尺寸越小,其运动速度越大、转动速度越大;滚石在下落过程中有30%以上的势能通过坡面碰撞损耗,在滚石防治工程中应考虑这部分损耗,而滚石转动能量只占总动能的1/30~1/10,因此一般不单独考虑滚石的转动过程。研究成果可为滚石防治工程的设计及优化提供参考。

基于正交试验与运动学的滚石防护计算方法

以景鹰高速公路DK27+120里程附近滚石灾害防治为例,采用基于正交试验与运动学的滚石防护计算方法,对滚石运动学参数组合的优选以及防护结构设计控制指标的确定进行研究。将3类防护结构设计控制指标作为试验指标,将5种滚石运动学参数作为试验因素,应用正交试验表安排滚石运动轨迹数值模拟试验,进行3指标5因素正交试验。通过对试验结果的极差分析,找出最优参数组合,以此确定防护结构设计所需的指标值。对比该方法与概率分析2种方法的计算结果表明,在滚石运动学参数取值区间确定的情况下,本文提出的计算方法更直观合理、简便易行。

汶川地震崩塌滚石坡面运动特征

滚石坡面运动影响因素众多,分析预测困难,确定崩塌滚石危害范围,对崩塌灾害防治具有重要意义。在实测汶川地震399条崩塌滚石剖面基础上,通过统计分析研究了滚石运动特征和危害范围参数,得出如下结论:(1)滚石坡面运动可划分为启动阶段、运动阶段和堆积阶段;56o为启动区滚石自由坠落模式和滑动、滚动模式界限,堆积区最大角度为39.6o,26o以下区域为减速带。(2)滚石运动距离与高度的比值,随着地震烈度以及边坡岩石强度的增高而增大,并给出了统计公式。(3)滚石最大运动距离与坡高之间以及陡坡段坡度与滚石运动扩散角之间有较好的线性关系,根据堆积区在边坡高度上所占比例,划分了两种坡面形态,给出了两种坡面形态边坡陡坡段坡度与滚石运动扩散角之间的统计关系图,可作为崩塌滚石危害范围判定的参考。

长九神山灰岩矿爆破开采滚石控制研究

在矿山爆破开采中,爆破滚石控制是安全生产的重要保障。依托于长九神山灰岩矿,采用理论分析和模型研究相结合的方法,阐述了矿山露天爆破开采过程中滚石产生的机理,建立了简化的边坡滚石运动学模型,计算了不同开挖高程下的滚石运动距离并预测了影响范围。结果表明:在无防护措施时,滚石最大运动距离可以达到150 m以上,影响范围覆盖部分民房、农田及公路,对矿区周边居民生产生活带来安全隐患。基于此,针对长九神山矿的工程实际及生产需求,研究了爆破开采过程中的滚石控制措施,提出了预留岩墙的微差松动爆破方案,辅以挡石墙和截石沟对滚石进行拦截,分别从源头上和运动过程中对滚石运动危害进行控制;同时,设立了合理的警戒范围,在矿权线300 m范围内采取搬迁措施。该技术为复杂环境下工程爆破滚石的有效防护提供了参考。

基于3-D DDA的高速公路隧道出口边坡滚石灾害防治措施研究

近年伴随着滚石灾害的频繁发生,人民生命财产受到严重威胁,应加快对其防治措施的研究。以猴屿隧道为例,基于三维DDA模拟风化花岗岩危岩体形成的滚石在其出口边坡上的下落轨迹和冲击特性。运动轨迹及冲击荷载结果表明,危岩区上边缘部分高位滚石到达防护网位置时速度大于20m/s,弹跳高度超过4m,冲击荷载大且可能翻越防护网,危及洞口安全,单独在坡脚处的工程措施很难完全防治从边坡上缘右侧的滚石。建议在隧道施工前对危岩体采取以下处治措施:(1)对于上边缘右侧的危岩体和孤石,体积小于2m3的直接清除,体积大于2m3的控制爆破炸碎后清除;(2)对于嵌入山体内无法清除的不稳定岩体,对表层危石进行清除,直至无法清除后,进行裂隙注浆+锚固+防护网加固;(3)对于上边缘左侧无法清除的大体积危岩体和孤石,根据孤石形态与嵌固特点采用片石混凝土嵌补、锚杆混凝土基座嵌固和主动防护网等方式进行加固;(4)在上述措施基础上,可以采用被动防护网拦截剩余小体积滚石。