基于落石碰撞地面痕迹的切向恢复系数计算及选取方法研究 ——以贵州省纳雍县鬃岭镇落石灾害为例

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落石动力学分析是山区崩塌落石防灾减灾的重要依据。落石与地面的相互作用是影响落石运动轨迹及运动学分析的主要因素,落石碰撞恢复系数的选取对落石运动学的分析计算极为重要。因此,为了能够合理进行落石运动学分析及其轨迹模拟,对落石与地面的相互作用即落石-坡面相互作用与相关核心参数的选取计算有必要进行深入研究。该研究对山区崩塌落石地质灾害的分析及防治具有一定的理论意义。本文以贵州省纳雍县鬃岭镇落石灾害群为例,基于发育集中和高活跃性的落石灾害群与土质坡面保留的落石-坡面相互作用遗留痕迹,进而建立落石-坡面相互作用量化评估体系。依据Cattaneo&Mindlin接触理论与Hertz切向接触理论,基于符合现场实际和理论求导的假设并结合落石灾害现场的真实遗留痕迹数据,推导切向恢复系数计算理论,将理论结果与现场数据结合,优化核心参数选取建议方法。同时,采用数值模拟软件Roc Fall验证本文提出的参数选取建议方法的合理性与可靠性。本文主要研究成果如下:(1)研究区域立方体状落石对坡面具有较强的铲刮效应,落石运动后遗留在坡面的冲击痕迹形状不规则、间距较小,无明显的落石弹跳高度峰值区域,而立式停留的扁平状落石则具有更多的弹跳行为与更少的拖曳滑动行为。将现场数据指标对应落石量化指标、坡面量化指标、地面痕迹量化指标分为三类并建立落石-坡面相互作用量化评估指标体系。(2)依据Cattaneo&Mindlin接触理论与Hertz切向接触理论,基于落石能量耗损,考虑落石旋动动能的损失与平动动能和旋动动能之间的转化,提出了一种基于落石碰撞坡面遗留痕迹的切向恢复系数计算方法。(3)针对研究区域土质坡面类型特征,选择切向残余变形量与落石质量作为定量指标、坡面岩土层特征作为定性指标、落石形状与植被覆盖情况作为辅助指标提出了一种优化后的恢复系数取值建议方法,在添加定量指标、细分系数取值区间、系数取值精度方面得到了优化,并采用Roc Fall验证其合理性与可靠性。
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