岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (3): 665-672.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0992

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

落石形状和尺寸对恢复系数影响的室内试验研究

姬中民1，唐一举2, 3，伍法权4，刘静3，陈天立5，陈志坚5   

  1. 1. 河北工程大学 地球科学与工程学院，河北 邯郸，056038；2. 河南理工大学 安全科学与工程学院，河南 焦作，454003； 3. 河南工业和信息化职业学院 资源环境系，河南 焦作，4540003；4. 绍兴文理学院 土木工程学院，浙江 绍兴，312000； 5. 河海大学 地球科学与工程学院，江苏 南京，211100
  • 收稿日期:2020-07-14 修回日期:2020-12-18 出版日期:2021-03-11 发布日期:2021-03-15
  • 通讯作者: 伍法权，男，1955年生，博士，研究员，博士生导师，主要从事工程地质与岩体力学的理论与应用研究。E-mail: wufaquan@mail.igcas.ac.cn E-mail:gang880129@126.com
  • 基金资助:
    江苏省政策引导类计划项目（No.BY2015002-05）。

Laboratory investigation of the effect of rockfall shape and size on coefficient of restitution

JI Zhong-min1, TANG Yi-ju2, 3, WU Fa-quan4, LIU Jing3, CHEN Tian-li5, CHEN Zhi-jian5   

  1. 1. School of Earth Science and Engineering, Hebei University of Engineering, Handan, Hebei 056038, China; 2. College of Safety Science and Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454003, China; 3. Department of Resources and Environment, Henan College of Industry & Information Technology, Jiaozuo, Henan 454003, China; 4. School of Civil Engineering, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000, China; 5. School of Earth Science and Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 211100, China
  • Received:2020-07-14 Revised:2020-12-18 Online:2021-03-11 Published:2021-03-15
  • About author:姬中民，男，1988年生，博士，讲师，主要从事边坡落石灾害方面的研究工作
  • Supported by:
    This work was supported by the Jiangsu Province Policy Guidance Program(BY2015002-05).

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摘要： 为了研究落石形状和尺寸对恢复系数的影响，通过专门设计的落石碰撞测试装置，分别展开10种不同形状和5种不同尺寸的试块与坡面的碰撞测试。基于冲击动力学理论对试验结果进行分析，法向恢复系数Rn对试块形状的变化非常敏感，且非棱角状试块的Rn值明显高于棱角状试块。非棱角状试块Rn值大小依次为球形＞椭球＞球底圆锥＞圆柱＞圆盘，棱角状试块的Rn值大小依次为正二十面体＞正方体＞正四面体＞长方体＞三角板。综合考虑试块的几何构型和表面积分布特征，引入一个新的形状量化指标——形状因子?，其与非棱角状试块和棱角状试块的Rn值分别呈强线性正相关。相较于Rn，试块形状对切向恢复系数Rt的影响较弱，且棱角状试块的Rt值整体略大于非棱角试块。试块尺寸对Rn和Rt的影响均较为显著，且与Rn和Rt均呈良好的线性负相关关系。这些获得的规律可为落石灾害的准确预测提供重要参考。

关键词: 落石, 形状, 尺寸, 恢复系数, 形状因子

Abstract: In order to study the effect of rockfall shape and size on the coefficient of restitution (COR), ten test blocks with different typical shapes and five test blocks with different sizes were adopted to conduct rockfall impact tests by a specially designed device. Based on the impact dynamics theory, the analysis of test results show that the normal COR (Rn) is very sensitive to the change of the block shape, and the Rn values of the non-angular shaped blocks are significantly higher than that of the angular shaped blocks. The Rn values of five non-angular shaped blocks are spherical > ellipsoid > cone with spherical base > cylinder > disk, and those of five angular shaped blocks are icosahedron > cube > tetrahedron > cuboid > triangle. Considering the geometric configuration and surface area distribution characteristics of the blocks, a new comprehensive shape quantification index-shape factor (?) is introduced, which has strong linear positive correlations with the Rn values of non-angular and angular shaped blocks respectively. Compared with Rn, the effect of the block shape on the tangential COR (Rt) is relatively weak, and the overall Rt values of the angular shaped blocks are slightly larger than that of the non-angular shaped blocks. Moreover, the size of the block has a significant impact on Rn and Rt. There are good linear negative correlations between the test block size and Rn and Rt. The rules obtained in this study provide important references for accurate prediction of rockfall disasters.

Key words: rockfall, shape, size, coefficient of restitution, shape factor

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[1] 黄福云, 何凌峰, 单玉麟, 胡晨曦, 周志明, . 整体式桥台−混凝土桩−土相互作用拟静力试验[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1803-1814.
[2] 沈扬, 冯照雁, 邓珏, 陈锴嘉, 许俊红, . 南海珊瑚砂地基承载力模型试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1281-1290.
[3] 孙壮壮, 马刚, 周伟, 王一涵, 陈远, 肖海斌. 颗粒形状对堆石颗粒破碎强度尺寸效应的影响[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 430-438.
[4] 谈云志, 占少虎, 胡焱, 曹玲, 邓永锋, 明华军, 沈克军, . 石灰-红黏土互损行为与偏高岭土减损机制[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 104-112.
[5] 叶阳, 曾亚武, 杜欣, 孙翰卿, 陈曦, . 球形砾石碰撞损伤破碎三维离散元模拟研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 368-378.
[6] 孟敏强, 王磊, 蒋翔, 汪成贵, 刘汉龙, 肖杨, . 基于尺寸效应的粗粒土单颗粒破碎试验及数值模拟[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 2953-2962.
[7] 邹宇雄, 马刚, 李易奥, 陈远, 周伟, 邱焕峰, . 抗转动对颗粒材料组构特性的影响研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2829-2838.
[8] 骆赵刚, 汪时机, 杨振北, . 膨胀土湿干胀缩裂隙演化及其定量分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2313-2323.
[9] 洪陈杰, 黄曼, 夏才初, 罗战友, 杜时贵, . 岩体结构面各向异性变异系数的尺寸效应研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2098-2109.
[10] 周翠英, 孔令华, 崔光俊, 于磊, 刘镇, . 基于天然红层材料的软岩成型模拟研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 419-427.
[11] 彭家奕, 张家发, 沈振中, 叶加兵, . 颗粒形状对粗粒土孔隙特征和渗透性的影响[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 592-600.
[12] 周梦佳, 温彦锋, 邓刚, 王蕴嘉, 宋二祥, . 堆石料单颗粒劈裂试验破碎强度随机性与 尺寸效应的三维离散元模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 503-510.
[13] 王蕴嘉, 宋二祥. 堆石料颗粒形状对堆积密度及强度影响的 离散元分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2416-2426.
[14] 张 盛, 王龙飞, 常 旭, 王东坤, 王小良, 乔 洋, . 中心直裂纹半圆盘试样的石灰岩断裂韧度 尺寸效应试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1740-1749.
[15] 王 胤, 周令新, 杨 庆. 基于不规则钙质砂颗粒发展的拖曳力系数模型 及其在细观流固耦合数值模拟中应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 2009-2015.
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[1] 周火垚，施建勇. 饱和软黏土中足尺静压桩挤土效应试验研究[J]. , 2009, 30(11): 3291 -3296 .
[2] 董 云，何卫忠，孙 蔚. 隔堤填筑路堤的稳定性及变形破坏模式分析[J]. , 2010, 31(8): 2471 -2478 .
[3] 叶 斌，叶冠林，长屋淳一. 采用土工合成材料的新型护岸结构的动态数值模拟[J]. , 2010, 31(S2): 442 -446 .
[4] 高彦斌，崔玉军. 微气候能量分析法在岩土工程分析中的应用[J]. , 2009, 30(2): 433 -439 .
[5] 石 崇，徐卫亚，周家文，张金龙. 节理面透射模型及其隔振性能研究[J]. , 2009, 30(3): 729 -734 .
[6] 庞大鹏，陈剑平，王丹微. 节理网络分形在隧道超前地质预报中的应用[J]. , 2009, 30(5): 1415 -1420 .
[7] 孙 博，周仲华，张虎元，张永霞，郑 龙. 夯土建筑遗址表面温度变化特征及预报模型[J]. , 2011, 32(3): 867 -871 .
[8] 贾善坡 ，伍国军 ，陈卫忠. 基于粒子群算法与混合罚函数法的有限元优化反演模型及应用[J]. , 2011, 32(S2): 598 -603 .
[9] 张平松 ，胡雄武 ，吴荣新. 岩层变形与破坏电法测试系统研究[J]. , 2012, 33(3): 952 -956 .
[10] 赵洪宝 ，汪 昕 ，张 鹏 . 线弹性阶段卸轴压煤样内瓦斯流动特性试验研究[J]. , 2012, 33(5): 1347 -1351 .
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