滚石的灾害防治及模拟

滚石的灾害防治及模拟

韩鹏飞内容一.项目简介·选题目的·研究方法·拟解决问题二.理论分析三.实验室模拟·实验设计·数据计算及分析四.防治措施项目简介

选题目的滚石是我国西部山区常见的一种地质灾害,它分布范围极广,发生突然,频率高,严重威胁其周围的人类以及各种构筑物。通过实验室模拟滚石运动，分析运动特征，提出较合理的解决方案项目简介研究方法通过理论分析与实验模拟相结合的方法，探究滚石运动特征研究内容滚石灾害的模拟及分析拟解决问题通过实验室模拟，提出可行、简便的方法将滚石的危害降至最低

理论分析

滚石的几何特征通常可将其划分为球状、板状和条状三种代表性形状，其次应测量岩石的三个主轴（x,y,z)的尺寸以及质量。球状————————阻力小，速度高，滚动

板状、条状————阻力大，速度低理论分析滚石动能分析将滚石当作一种运动刚体式中，m为滚石质量，v为滚石运动线速度，I为滚石的转动惯量，ω为滚石的转动角速度。其中，根据经验公式E≈1.2EK=0.6mv^2≈0.4m*r^2(球体）理论分析滚石的轨迹分析其运动轨迹即为坡面形状，其运动速度的变化主要受坡面摩擦作用控制理论分析

理论分析极端情况分析上述情况讨论的是在宏观状态下滚石的运动特征，当石头被击成小块时，若分解为可见物体，则为上述情况的叠加，极端情况为分解为分子结构的大量粒子。出现极端情况的条件为极高温或极高压，可以为用此方法除高山滚石提供理论依据。对粒子运动的讨论，可以很好的从微观角度了解滚石，加深对其认识。理论分析E≥0，且为简谐振子，粒子所处的势场U=0（右图）一般解为ψ=Asinkx+Bcoskx代入边界条件，解得理论分析量子化的粒子在方式阱的能量不是任意的，且在不同能级上粒子出现的概率密度是不同的。在基态，粒子处于中部，在激发态，粒子有较大起伏变化。实验室模拟

实验设计1.建造类似真实情况的缩小土坡，长1.7m，宽0.5m，高1m，斜面长2m，斜面倾角30°2.制造土面，厚约0.05m3.取重约1kg的表面粗糙的石头从起点开始运动，记录下落时间，利用打点计时器测量并计算几个特殊点的速度4.利用机械能守恒及动量定理，计算特殊点的受力5.更改石头的质量，重复5次实验室模拟实验测得数据次数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实验室模拟下面，将对实验测得数据进行计算和分析，得到特殊点受力等物理量。为了确保计算准确，应用MATLAB及Excel软件计算并制图。实验室模拟

次数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实验室模拟由此，可以得到由起点至终点受摩擦力值次数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实验室模拟

次数0.1s压力/N0.2s压力/N0.3s压力/N0.4s压力/N0.5s压力/N0.6s压力/N10.054.837512.600020.477529.263538.302520.055.786213.54323.122529.620039.291530.055.441212.795521.512529.631539.1765实验室模拟数据分析由上述计算及统计图可知，滚石在一定高度下落，速度与受力近似线性增加，且受力对时间的导数较大，故受力增长较快。防治措施

1.用爆破、人工和机械方法及时清理高处巨石问题：1）普通爆破可能使危石周围原来并不危险的块体形成新的危石；2）随着风化或侵蚀过程的继续，必然产生新的危石；防治措施

2.建立防护建筑拦石墙可以由混凝土构成，为减小结构尺寸并提高抗冲击能力优点:1)可以就地取材2)可以拦截较大岩石缺点：1）以刚性结构去抵抗动力冲击，必须在有滚石发生的陡峻山坡上且较高位置建造庞大的拦石结构2）结构庞大而自重较大，特别在坡陡时难以实现。防治措施

3.柔性防护网以钢丝网等高强度金属网为主要构成，并以钢柱作为直立支撑的滚石拦挡结构。此结构建造较为方便，可以避免过多和过大的局部应力集中并有良好的地形适应性参考文献

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