六车道桥隧相接落石防护技术研究

如何有效地控制落石灾害,对确保项目施工安全及运营安全至关重要。基于大跨度桥隧相接实例,针对性地提出系统的落石防护措施;通过数值模拟分析,不受石头冲击作用下钢棚架结构满足规范要求,并提出满足不同设防落石冲击需求的钢拱架参数,为类似工程提供借鉴性的参考。

池黄高速铁路隧道高陡边坡危岩落石防护方案研究

池黄高速铁路(池州—黄山)磨盘尖1号隧道进口边坡存在孤石,岩体节理裂隙发育,存在落石隐患。利用有限元软件对体积为0.5、1.0、1.5 m^(3)的落石运动轨迹进行模拟,确定了落石的冲击能量、弹跳高度、冲击速度及落点范围。结合主、被动防护方式的特点,提出四道落石防护方案,即洞口上部难以清除危石进行主动加固、洞门右侧落石采用张口式引导网、隧道仰坡增设拦石墙+被动防护网、隧道进口增设棚洞接长。对钢筋混凝土棚洞和柔性棚洞两种棚洞接长方案进行比选,钢筋混凝土棚洞方案较优。经数值模拟验算,钢筋混凝土棚洞下部三柱式门式墩和双柱式门式墩盖梁部位各项受力均满足规范要求。

高陡边坡引导式落石防护网系统原位冲击试验

针对高陡边坡落石防护,提出了一种引导式落石防护网系统技术。通过落石运动路径全历程的动能特征分析,建立了系统的主动耗能控制方程,明确了防护系统的耗能控制原理,提出了防护技术措施,构建了引导式落石防护网系统的结构模型。设计了防护能量为2500kJ的足尺引导式柔性防护网系统模型,开展了场地冲击试验,系统试验模型铺设于破碎岩体发育的高陡坡面,铺设宽130m,高82m,纵坡约60°。考虑有、无防护系统,开展了6个落石冲击试验工况,对落石轨迹特征、冲击动能进行了对比分析。研究发现,与落石自然滚落相比,设置引导防护系统后,落石沿坡面的运动时间延长超80%,落石的碰撞次数增加约5倍,弹跳高度降幅超80%,横向偏移量降幅超50%,触底动能和坡底逸出距离均减少约65%,综合耗能比例高达89%,新系统实现了对落石崩塌灾害的"拦截-压制-引导"综合控制。

柔性防护网在铁路山坡落石防护中的应用

沈丹线为既有线路,建设时受到大量客观条件限制,不得以穿越山区河谷地带,由此造成高边坡,随着时间推移在自然风化等作用下,留下了大量灾害隐患,严重影响了铁路的正常运营和行车安全。为寻求该线路运营中病害边坡最为有效而经济的防护治理方法,本文对该处落石区段提出了综合的整治方案,取得了良好效果。

3种隧道洞口落石防护方案对比分析

为解决既有隧道洞口落石防护问题,比较了钢桁架棚洞、柔性棚洞以及波纹钢板棚洞3种落石防护结构的优缺点,并采用有限元软件对其可靠性进行数值模拟。研究结果表明:3种防护结构均能对能级为100 kJ的落石进行有效拦截;钢桁架棚洞为刚性结构,不利于落石的缓冲及能量吸收,会发生局部变形损伤,适用于洞口坡面陡峭、桥面与地面高差不大、围岩条件较好地段;柔性棚洞以柔克刚能充分吸收落石的冲击能量,适用于洞口场地施工条件差的隧道以及既有工程改造项目;波纹钢板棚洞施工速度快、强度高,更适用于洞口抢修工程。

基于柔性防护网的落石防护设计

柔性防护网用于边坡落石防护具有独特的优越性,除了制造、施工、配置之外,防护设计方案的合理与否同样影响其防护效果。以某公路边坡为例,采用三维激光扫描技术对公路边坡进行了地形扫描,结合现场地质调查,运用数值模拟软件对边坡落石运动进行计算分析,获取落石运动轨迹、速度、能量以及弹跳高度,并在此基础上进行了落石防护设计,降低了柔性防护网失效可能性。

基于导向式落石防护装置的落石冲击模型研究

落石是山区公路周边最常见的地质灾害之一,严重威胁人们的出行安全。结合落石具有冲击力大、运动范围广的特点,介绍了一种导向式落石防护装置。考虑落石自由落体运动及冲击力模型得出落石冲击力大小的影响因素,以导向作用模型阐释冲击碰撞过程中落石闸板的运动转换和装置的受力情况,列举了相关实例,用于说明该装置针对不同大小的落石的导向运动方式。

高速公路改扩建过程中的落石防护研究

高速公路改扩建过程中对边坡进行拓宽开挖是一项关系到工程安全的重要工作。对改扩建过程中落石问题进行研究,采用数值模拟方式分析落石的运动路径,并提出包括彩钢瓦沙袋墙综合围挡、土工钢丝网防护墙、SNS被动防护网的三级防护体系,取得了良好的防护效果,可为其他类似工程的设计施工提供参考。

绿色加筋格宾落石防护堤的设计和应用

交通工程中广泛应用的绿色加筋格宾落石防护堤结构缺乏相关设计规范的支持。为了规范绿色加筋格宾落石防护堤的设计工作,本文从结构介绍、原型实验、设计程序等方面,全面阐述此类结构的设计理论,并给出了设计案例,供相关工程技术人员参考。

落石被动柔性防护网非线性静力设计方法及验证

被动柔性防护网是一种常见的落石灾害防治措施。针对当前落石被动柔性防护网尚无适用的工程化设计方法的现状,以非线性计算过程中结构内能与设计防护能级相等作为加载完成的判别准则,建立了落石被动柔性防护网的非线性静力设计方法。基于LS-DYNA对250~5000 kJ共8种常用能级的被动柔性防护网开展非线性动力分析,明确了冲击力的分布范围及相对大小,形成了适用于不同能级落石被动柔性防护网非线性静力设计的荷载模式。为了有效模拟被动柔性防护网特殊的受力特征,开发了由索单元与受拉弹簧单元组成的非线性耗能单元用于耗能器模拟,开发了内部由多段索单元组成的滑移索单元用于滑移边界以及网环单元模拟。基于对网片冲击试验的反演和3500 kJ被动柔性防护网的设计及足尺冲击试验检验,验证了所提出的落石被动柔性防护网非线性静力设计方法的有效性。

电站厂房边坡崩塌落石运动及防护效果模拟分析

水洛河上已建成的固滴电站发电厂房右岸边坡崩塌落石灾害频发,对电站运行及人员安全产生巨大威胁。为对电站边坡崩塌落石进行拦截防护研究,利用无人机三维激光扫描技术准确高效地建立研究区域边坡高精度表面模型,通过Rocfall3软件对电站发电厂房区域边坡落石运动轨迹、动能和弹跳高度等运动特征及不同被动防护网的拦截效果进行了数值模拟,模拟结果为固滴水电站发电厂房落石拦截防护设施布置提供理论支撑与科学指导。

柔性落石防护系统丝束环形网拉-弯刚度协调模型

常用于柔性防护系统的环形网由离散的高强钢丝束编制而成,广泛用于落石灾害防护。既有研究中,环形网常等效为等截面积的圆截面梁单元,该方法无法解决网环的拉–弯刚度协调及失效预测难题。为此,引入网环离散丝束截面的抗拉、抗弯刚度修正系数及拉–弯刚度协调因子,构建了网环的拉–弯刚度协调模型。开展单环和环链拉伸试验以明确模型等效参数,同时揭示了网环接触区失效机制。进一步开展网片冲击试验,比较分析冲击变形、冲击力和网片极限承载能量等关键动力响应指标,分析结果显示,模型的预测误差分别为3.0%,6.6%和5.9%,相较既有等截面模型,对网片极限承载能量的预测精度平均可提高20.4%。拉–弯刚度协调模型能够实现环形网加载刚度和失效点的准确预测,可显著提升落石柔性防护系统的设计精度。

江坪河水电站高陡边坡落石运动分析及防护措施

针对江坪河水电站厂房后边坡陡岩临空面倾角接近垂直、节理裂隙发育,可能发生崩塌落石灾害以至于威胁河谷部位地表厂房安全问题,在进行地质勘察的基础上,选取典型剖面建立落石运动分析模型,采用经验计算法定量分析落石运动特征,并以基于概率的运动学原理对落石进行数值仿真,探讨落石的落点分布、弹跳高度、运动速度及动能分布问题.计算结果表明,陡岩发生崩塌落石对电站厂房安全威胁巨大,需采取必要的落石防护措施.

“两隧夹一桥”段落高铁落石脉冲式碰撞防护方案研究

我国建成高铁主要分布在平原区,"十三五"规划中部分高铁位于山区,山区危岩落石多,需加强落石防护。受山区陡峭地形限制,以往的隧道明洞接长防落石方案已经不能满足使用要求,目前没有特别适合的防护方案,陡峭山区的落石防护成了制约我国高铁发展的瓶颈。针对陡峭地形特征建立工程模型,对落石轨迹模拟分析,落石最大速度和动能计算研究,提出适宜防护方案和缓冲层方案,研究结论:(1)落石能量宜分级化,对设防目标分级处理,才能使防护结构进一步精确化;(2)基于落石的脉冲力特性,柔性结构承受脉冲力荷载有天然优势,且柔性结构质量轻,引起下部增加的工程数量小,落石防护方案宜向柔性结构方向靠近;(3)落石防护应与主、被动防护网结合,主要是对漏过主、被动防护网后的"漏网之石"进行二次防护为主,对防护任务分层处理,明确各处防护结构的防护目标。

柔性钢棚洞在落石冲击中的防护应用研究

随着落石防治的不断发展,柔性钢棚洞以透光性好、造价低等优势在落石防治中具有广阔的前景。但目前对柔性钢棚洞的研究在内部结构应力等方面仍有空白。以某公路隧道出口针对落石防治设置的柔性钢棚洞为例,研究落石下落的轨迹和最大冲击能量,利用数值模拟的方法,对设计的柔性钢棚洞的内部结构进行分析,最后辅以能量法对已有棚洞进行计算验证。结果表明,在落石对柔性钢棚洞的冲击中,柔性网中支撑绳吸收了大部分的能量,钢拱架受到的最大压力为拉力的2倍左右。

导向式落石防护装置落石冲击模型分析

落石是西藏山区公路周边最常见的地质灾害之一,严重威胁人们的出行安全。落石具有冲击力大、运动范围广的特点。针对落石的冲击破坏特性,文章介绍了一种导向式落石防护装置。根据落石自由落体运动及冲击力模型得出落石冲击力大小的影响因素,并以导向作用模型阐释冲击碰撞过程中落石、闸板的运动转换以及装置的受力情况。最后以模型推论为基础,实例说明该装置针对不同大小的落石的导向运动方式。

叶巴滩水电站右岸高边坡落石灾害与防治研究

叶巴滩水电站地处高山峡谷,右岸边坡极高,存在大量不稳定危岩体,容易产生落石灾害,对施工区内人员、建筑与道路造成安全威胁。在无人机航拍与实地调研的基础之上,采用Rocfall模拟软件,对右岸边坡进行落石运动特征模拟,计算得到落石的平动速度、落点分布、动能、弹跳高度以及运动轨迹等运动特征,据此提出右岸落石防护措施。在考虑施工可行性与经济效应的前提下,设置了两道被动防护网,并对防护效果进行模拟。结果表明,防护措施能有效遏制落石灾害,对施工区起到良好的保护作用。考虑到进一步的工程扰动及降水条件,文章建议必要时增修混凝土挡墙与主动清边,以确保施工区的安全。

某高速公路落石灾害成因分析及防护方案选择

文章以某高速公路路外山体落石防护工程为实例,分析危岩灾害的成因并调查了潜在破坏模式,比较了各类落石防护措施的优缺点,提出采用多道超高能级被动防护网对大动能落石进行拦截防护,属国内公路行业首次使用超高能级被动防护网,为同类工程提供参考。

基于PFC2D的土体缓冲落石冲击能力研究

常用的拦石墙、棚洞等落石防护措施均需布置土体来缓冲落石造成的冲击力,其缓冲能力在进行防护措施结构设计时应合理考虑。颗粒流程序PFC2D(Two-dimensional Particle Flow Code)可有效模拟落石冲击土体和结构的动态过程,用来分析不考虑土体缓冲效应下的落石冲击力,结果与瑞士算法基本一致,略大于日本算法。进一步地,取不同厚度的素填土、粉质黏土和砂质粉土3种缓冲土层,分析不同坠落高度条件下落石经过土体缓冲后对结构的冲击力,发现土体的缓冲能力与土层厚度、缓冲能力与坠落高度均大致呈指数函数关系;坠落高度对缓冲能力的影响基本不随缓冲土体选材改变而变化;同样厚度条件下粉质黏土缓冲能力最大,素填土次之,砂质粉土最小。研究成果表明实际工程中缓冲土层厚度宜设定为2～3 m。

高腐蚀性地区高速公路岩质边坡柔性防护设计

文章以广西某运营高速公路高腐蚀性地区落石灾害点治理工程为例,通过现场调查与评价,确定采用GPS-200-C覆盖式覆塑引导式防护网系统结合PPS-100型被动防护网系统进行防护的设计方案,结果表明该方案在经济性、安全性以及耐久性方面具有优势,可为类似工程提供实践经验。