滾石的災(zāi)害防治及模擬

滾石的災(zāi)害防治及模擬

韓鵬飛內(nèi)容一.項(xiàng)目簡(jiǎn)介·選題目的·研究方法·擬解決問(wèn)題二.理論分析三.實(shí)驗(yàn)室模擬·實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)·數(shù)據(jù)計(jì)算及分析四.防治措施項(xiàng)目簡(jiǎn)介

選題目的滾石是我國(guó)西部山區(qū)常見的一種地質(zhì)災(zāi)害,它分布范圍極廣,發(fā)生突然,頻率高,嚴(yán)重威脅其周圍的人類以及各種構(gòu)筑物。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬滾石運(yùn)動(dòng)，分析運(yùn)動(dòng)特征，提出較合理的解決方案項(xiàng)目簡(jiǎn)介研究方法通過(guò)理論分析與實(shí)驗(yàn)?zāi)M相結(jié)合的方法，探究滾石運(yùn)動(dòng)特征研究?jī)?nèi)容滾石災(zāi)害的模擬及分析擬解決問(wèn)題通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬，提出可行、簡(jiǎn)便的方法將滾石的危害降至最低

理論分析

滾石的幾何特征通?？蓪⑵鋭澐譃榍驙睢鍫詈蜅l狀三種代表性形狀，其次應(yīng)測(cè)量巖石的三個(gè)主軸（x,y,z)的尺寸以及質(zhì)量。球狀————————阻力小，速度高，滾動(dòng)

板狀、條狀————阻力大，速度低理論分析滾石動(dòng)能分析將滾石當(dāng)作一種運(yùn)動(dòng)剛體式中，m為滾石質(zhì)量，v為滾石運(yùn)動(dòng)線速度，I為滾石的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω為滾石的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。其中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式E≈1.2EK=0.6mv^2≈0.4m*r^2(球體）理論分析滾石的軌跡分析其運(yùn)動(dòng)軌跡即為坡面形狀，其運(yùn)動(dòng)速度的變化主要受坡面摩擦作用控制理論分析

理論分析極端情況分析上述情況討論的是在宏觀狀態(tài)下滾石的運(yùn)動(dòng)特征，當(dāng)石頭被擊成小塊時(shí)，若分解為可見物體，則為上述情況的疊加，極端情況為分解為分子結(jié)構(gòu)的大量粒子。出現(xiàn)極端情況的條件為極高溫或極高壓，可以為用此方法除高山滾石提供理論依據(jù)。對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)的討論，可以很好的從微觀角度了解滾石，加深對(duì)其認(rèn)識(shí)。理論分析E≥0，且為簡(jiǎn)諧振子，粒子所處的勢(shì)場(chǎng)U=0（右圖）一般解為ψ=Asinkx+Bcoskx代入邊界條件，解得理論分析量子化的粒子在方式阱的能量不是任意的，且在不同能級(jí)上粒子出現(xiàn)的概率密度是不同的。在基態(tài)，粒子處于中部，在激發(fā)態(tài)，粒子有較大起伏變化。實(shí)驗(yàn)室模擬

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1.建造類似真實(shí)情況的縮小土坡，長(zhǎng)1.7m，寬0.5m，高1m，斜面長(zhǎng)2m，斜面傾角30°2.制造土面，厚約0.05m3.取重約1kg的表面粗糙的石頭從起點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)，記錄下落時(shí)間，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量并計(jì)算幾個(gè)特殊點(diǎn)的速度4.利用機(jī)械能守恒及動(dòng)量定理，計(jì)算特殊點(diǎn)的受力5.更改石頭的質(zhì)量，重復(fù)5次實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)次數(shù)0.1s速度/m*s-10.2s速度/m*s-10.3s速度/m*s-10.4s速度/m*s-10.5s速度/m*s-10.6s速度/m*s-110.470.851.652.3753.1854.00220.471.0151.7722.6753.2254.10530.520.9551.6752.5003.2264.093實(shí)驗(yàn)室模擬下面，將對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，得到特殊點(diǎn)受力等物理量。為了確保計(jì)算準(zhǔn)確，應(yīng)用MATLAB及Excel軟件計(jì)算并制圖。實(shí)驗(yàn)室模擬

次數(shù)0.1s位移/m0.2s位移/m0.3s位移/m0.4s位移/m0.5s位移/m0.6s位移/m10.02350.08500.24750.47500.79631.200620.02350.10150.26580.53500.80631.231530.02600.09550.25120.50000.80651.2279實(shí)驗(yàn)室模擬由此，可以得到由起點(diǎn)至終點(diǎn)受摩擦力值次數(shù)0.1s摩擦力/N0.2s摩擦力/N0.3s摩擦力/N0.4s摩擦力/N0.5s摩擦力/N0.6s摩擦力/N10.3-0.75-0.5-0.9-1.36-1.6720.3-0.075-0.9-1.6-1.45-1.843-0.2-0.225-0.58-1.25-1.45-1.82實(shí)驗(yàn)室模擬

次數(shù)0.1s壓力/N0.2s壓力/N0.3s壓力/N0.4s壓力/N0.5s壓力/N0.6s壓力/N10.054.837512.600020.477529.263538.302520.055.786213.54323.122529.620039.291530.055.441212.795521.512529.631539.1765實(shí)驗(yàn)室模擬數(shù)據(jù)分析由上述計(jì)算及統(tǒng)計(jì)圖可知，滾石在一定高度下落，速度與受力近似線性增加，且受力對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)較大，故受力增長(zhǎng)較快。防治措施

1.用爆破、人工和機(jī)械方法及時(shí)清理高處巨石問(wèn)題：1）普通爆破可能使危石周圍原來(lái)并不危險(xiǎn)的塊體形成新的危石；2）隨著風(fēng)化或侵蝕過(guò)程的繼續(xù)，必然產(chǎn)生新的危石；防治措施

2.建立防護(hù)建筑攔石墻可以由混凝土構(gòu)成，為減小結(jié)構(gòu)尺寸并提高抗沖擊能力優(yōu)點(diǎn):1)可以就地取材2)可以攔截較大巖石缺點(diǎn)：1）以剛性結(jié)構(gòu)去抵抗動(dòng)力沖擊，必須在有滾石發(fā)生的陡峻山坡上且較高位置建造龐大的攔石結(jié)構(gòu)2）結(jié)構(gòu)龐大而自重較大，特別在坡陡時(shí)難以實(shí)現(xiàn)。防治措施

3.柔性防護(hù)網(wǎng)以鋼絲網(wǎng)等高強(qiáng)度金屬網(wǎng)為主要構(gòu)成，并以鋼柱作為直立支撐的滾石攔擋結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)建造較為方便，可以避免過(guò)多和過(guò)大的局部應(yīng)力集中并有良好的地形適應(yīng)性參考文獻(xiàn)

[1]張路青,楊志法,許兵.滾石及滾石災(zāi)害[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào),2004(8):19220.[2]呂慶,孫紅月,翟三扣,等.邊坡滾石運(yùn)動(dòng)的計(jì)算模型[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2003(5):5625