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).

PDF (Chinese)

259

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

中图分类号: P642.2
[1] 王长虹, 蔡德雍, 胡子轩, 杨天笑. 扰动状态下束浆挤扩桩抗拔机制与计算方法研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2980-2994.
[2] 张立刚, 李浩, 李庆龙, 袁胜斌, 刘照义, 姬建飞, 马媛媛, 李钧儒, 宋永扬, . 点载作用下页岩岩屑史氏硬度尺度效应研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(6): 1678-1686.
[3] 郑路, 陈元睿, 吴怡涵, 张学略, 毕钰璋, . 节理影响下的滚石碰撞破碎规律研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(3): 729-749.
[4] 常建梅, 田世龙, 李翔, 冯怀平, KUVANDIK Lesov, . 不同形状废旧轮胎橡胶颗粒改良道砟动剪切性能及细观作用研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(3): 721-728.
[5] 郑思维, 胡明鉴, 霍玉龙, . 钙质砂渗透性影响因素及预测模型[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 217-224.
[6] 程家林, 张贵科, 邓韶辉, 黄习文, 周伟, 马刚, . 干湿循环对不同粒径堆石颗粒破碎强度的影响研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 95-105.
[7] 胡锦方, 杨启贵, 熊堃, 马刚, 程家林, 周伟, 常晓林, . 软岩筑坝颗粒的破碎特性试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 359-370.
[8] 尹敬涵, 盛谦, 崔臻, 张茂础, . 基于多尺寸结构面的循环剪切力学特性及其抗剪强度研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 405-414.
[9] 任富强, 谷金泽, 孙博, 常远, . 含不同孔洞类岩石材料的动力响应机制研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 654-664.
[10] 杨立. 平板载荷试验数值分析及承载力判定标准研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(S1): 723-730.
[11] 蒋明杰, 李泽懿, 吉恩跃, 刘宇菠, 梅国雄, . 考虑级配影响的粗粒土−格栅最优网格尺寸试验研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(9): 2565-2572.
[12] 闫世豪, 迟世春, 王晋伟, 郭宇, 周新杰, . 考虑微裂纹随机分布的堆石颗粒准静态强度统计模型[J]. 岩土力学, 2024, 45(5): 1378-1387.
[13] 朱晶, 裴强强, 郭青林, 张博, . 基于尺寸效应的夯土水盐运移分布特征研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(5): 1481-1494.
[14] 马成昊, 朱长歧, 瞿茹, 刘海峰, 王天民, 胡涛, . 中国南海珊瑚砂的多尺度颗粒形貌特征分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 117-126.
[15] 罗国立, 张科, 齐飞飞, 朱辉, 张凯, 刘享华, . 基于3D打印的裂隙岩体力学特性尺寸效应及各向异性初探[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 107-116.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发