[发明专利]落石最大冲击力计算方法

说明书

本发明涉及一种落石最大冲击力计算方法。现有落石冲击力计算均计算的是落石平均冲击力，而不是最大冲击力，因而导致在工程应用中计算结果偏小。本发明将落石视为球体，获取球体弹性模量、拦石墙弹性模量、球体泊松比、拦石墙泊松比，计算与冲击体各自泊松比、弹性模量相关的参数；基于所述与冲击体各自泊松比、弹性模量相关的参数，计算落石最大冲击力。本发明着重计算危岩落石的最大冲击力，不同于现有技术的计算获得落石平均冲击力，最大冲击力高于平均冲击力，如此计算出最高可能值，对工程前期设计更具有安全意义。

技术领域

本发明涉及落石拦挡结构设计技术领域，具体涉及一种落石最大冲击力计算方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着国内高速公路和高速铁路的大力修建，落石发生在国内公路、铁路的频率增加，会对公路、铁路等基础设施、设备和车辆及人员造成重大损失，落石灾害逐渐被国内学者提出来，落石理论的研究受到越来越多学者的重视。

我国《铁路隧道设计规范》明洞和棚洞设计荷载相关条文中对落石冲击力没有给出相关计算方法，仅规定通过现场调查或有关计算验证确定。《公路路基设计规范》、《铁路路基设计规范》和铁路行业《路基手册》等均没有给出落石冲击力计算方法。国内落石冲击力计算方法可参照的仅有《公路隧道设计细则》明洞设计章节和铁路行业《隧道手册》，以及杨其新、关宝树教授建立的基于室内试验所得的冲击力计算方法。细则方法、隧道手册方法、杨其新和关宝树提出的算法，计算的是落石平均冲击力，而不是最大冲击力，因而导致在工程应用中计算结果偏小。国内其他学者研究成果中冲击力计算都考虑缓冲或为平均冲击力。

发明内容

本发明的目的是提供一种落石最大冲击力计算方法，以至少解决现有技术仅计算落石平均冲击力、而不是最大冲击力导致的计算结果偏小的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

落石最大冲击力计算方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

将落石视为球体，获取球体弹性模量、拦石墙弹性模量、球体泊松比、拦石墙泊松比，计算与冲击体各自泊松比、弹性模量相关的参数；

式中：

E——与冲击体各自泊松比、弹性模量相关的参数，Pa；

E₁——球体弹性模量，Pa；

E₂——拦石墙弹性模量，Pa；

μ₁——球体泊松比；

μ₂——拦石墙泊松比；

基于所述与冲击体各自泊松比、弹性模量相关的参数，计算落石最大冲击力；

式中：

P_max——落石最大冲击力，N；

R₁——球体半径，m；

m₁——球体的质量，kg；

v₁——球体的初始速度，m/s。

进一步地，所述球体弹性模量和球体泊松比根据岩石力学性质指标的经验数据取值，或通过岩石物理力学性质试验获得。

进一步地，所述拦石墙弹性模量和拦石墙泊松比根据混凝土结构设计规范取值。

进一步地，所述球体的初始速度通过RocFall软件计算获得。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：