滾石的災害防治及模擬

滾石的災害防治及模擬

韓鵬飛內(nèi)容一.項目簡介·選題目的·研究方法·擬解決問題二.理論分析三.實驗室模擬·實驗設計·數(shù)據(jù)計算及分析四.防治措施項目簡介

選題目的滾石是我國西部山區(qū)常見的一種地質(zhì)災害,它分布范圍極廣,發(fā)生突然,頻率高,嚴重威脅其周圍的人類以及各種構筑物。通過實驗室模擬滾石運動，分析運動特征，提出較合理的解決方案項目簡介研究方法通過理論分析與實驗模擬相結合的方法，探究滾石運動特征研究內(nèi)容滾石災害的模擬及分析擬解決問題通過實驗室模擬，提出可行、簡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?、板狀和條狀三種代表性形狀，其次應測量巖石的三個主軸（x,y,z)的尺寸以及質(zhì)量。球狀————————阻力小，速度高，滾動

板狀、條狀————阻力大，速度低理論分析滾石動能分析將滾石當作一種運動剛體式中，m為滾石質(zhì)量，v為滾石運動線速度，I為滾石的轉(zhuǎn)動慣量，ω為滾石的轉(zhuǎn)動角速度。其中，根據(jù)經(jīng)驗公式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動軌跡即為坡面形狀，其運動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)下滾石的運動特征，當石頭被擊成小塊時，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構的大量粒子。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)。對粒子運動的討論，可以很好的從微觀角度了解滾石，加深對其認識。理論分析E≥0，且為簡諧振子，粒子所處的勢場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。實驗室模擬

實驗設計1.建造類似真實情況的縮小土坡，長1.7m，寬0.5m，高1m，斜面長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開始運動，記錄下落時間，利用打點計時器測量并計算幾個特殊點的速度4.利用機械能守恒及動量定理，計算特殊點的受力5.更改石頭的質(zhì)量，重復5次實驗室模擬實驗測得數(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實驗室模擬下面，將對實驗測得數(shù)據(jù)進行計算和分析，得到特殊點受力等物理量。為了確保計算準確，應用MATLAB及Excel軟件計算并制圖。實驗室模擬

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實驗室模擬由此，可以得到由起點至終點受摩擦力值次數(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實驗室模擬

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實驗室模擬數(shù)據(jù)分析由上述計算及統(tǒng)計圖可知，滾石在一定高度下落，速度與受力近似線性增加，且受力對時間的導數(shù)較大，故受力增長較快。防治措施

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

2.建立防護建筑攔石墻可以由混凝土構成，為減小結構尺寸并提高抗沖擊能力優(yōu)點:1)可以就地取材2)可以攔截較大巖石缺點：1）以剛性結構去抵抗動力沖擊，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構2）結構龐大而自重較大，特別在坡陡時難以實現(xiàn)。防治措施

3.柔性防護網(wǎng)以鋼絲網(wǎng)等高強度金屬網(wǎng)為主要構成，并以鋼柱作為直立支撐的滾石攔擋結構。此結構建造較為方便，可以避免過多和過大的局部應力集中并有良好的地形適應性參考文獻

[1]張路青,楊志法,許兵.滾石及滾石災害[J].工程地質(zhì)學報,2004(8):19220.[2]呂慶,孫紅月,翟三扣,等.邊坡滾石運動的計算模型[J].自然災害學報,2003(5):5625