多次落石沖擊下棚洞結構動力響應數值模擬

中圖分類號：O344；TU443 國標學科代碼：13015 文獻標志碼：A

Abstract：To exploring the dynamic response characteristics of the shed-tunnel structureunder multiple rockfal impacts，an FEM-SPH coupled numerical model is established based on ANSYS/LS-DYNA and is also tested with the data before.Then， the model iscombined with the fullrestart technique tostudythe efectsofthe shed-tunnel structuredynamicresponseunder multiplerockfallimpactsbonsideringfouractors，e.g.ockfallimpactvelocityockfallmassimpactangleadckll shape.Theresultsshowthatthe impact force，bufer topimpact displacement，roof displacement and plasticstrainoftheshedtunnel are positivelycorelated withtherockfall mass，velocityandangle.The impact force，roofdisplacement and plastic strainoftheshed-tunnelstructuregeneratedbythecuboidrockfallimpactarealllargerthanthoseoftesphericalrockfall，and theimpact displacement generatedbythesphericalrockfallimpactislarger thanthatofthecuboid.Forthecuboidrockfal，the impactdisplacement，roof displacementandplastic strainare negativelycorelated withthecontactarea.Under the multiple rockfall impacts，the peak impact force usually increases firstly and then tends to be stable.

Keywords：shed-tunnelstructure；dynamicresponse； theFEM-SPHcoupled numericalmodel；impactforce； multiplerockfals崩塌落石發生的高頻性及運動特征的強隨機性，導致對其發生時間、運動路徑及造成危害等方面的準確預測十分困難[1-2]。為此，實際工程中多采用攔石墻、柔性防護網、棚洞等被動防護結構對山區公路、建筑物等進行防護。其中由于棚洞結構可最大限度地適應原始地形，減少對山體和植被的破壞，因而在實際工程中得到了廣泛應用[3]。為此，落石沖擊下棚洞結構的動力響應研究引起了學者的廣泛關注。概括而言，目前研究主要集中在以下3個方面：落石沖擊力計算方法、落石沖擊力影響因素和棚洞結構的動態響應及破壞機理。

在落石沖擊力計算理論方面，最早是由Hertz4基于彈性接觸理論提出了兩球體對心碰撞時的接觸壓力，而后很多學者在此基礎上進行了一系列的研究。何思明等[5]將構筑物視為理想彈塑性體，通過對經典的Hertz接觸理論[4]進行修正，提出了考慮材料彈塑性變形的大塊石沖擊力計算方法；陳穎騏等[6]基于經典的Hertz接觸理論[4和 Thomton彈塑性假設[，考慮攔石墻的相關因素，提出了相應的落石沖擊力計算方法，并用于錨索抗滑樁沖擊力計算。Zheng等[8通過考慮層狀復合板的塑性變形及沖擊損傷效應，基于經典的Hertz接觸理論[4及永久壓痕理論，提出了相應的沖擊力計算方法。陳泰江等將落石簡化為剛體，基于Hertz 接觸理論[4，考慮棚洞結構的非彈性變形，采用函數擬合法得到了落石法向沖擊力理論計算公式。……