[发明专利]一种适用于旋转动能的滚石冲击力计算方法

说明书

本发明公开了一种适用于旋转动能的滚石冲击力计算方法，属于崩塌、落石防治工程技术领域，包括以下步骤：a、获得滚石弹性模量E₁，单位Pa、被冲击物弹性模量E₂，单位Pa，根据式1计算综合弹性模量E，单位Pa；b、估量滚石动能E_K，单位J、滚石运动方向与被冲击物的平面夹角θ，单位度，根据式2计算滚石冲击力F，单位N。本发明对于所有的冲击力问题，都可以通过获得的冲击物质量、运动速度、运动方向与被冲击物的平面夹角、弹性模量以及被冲击物的弹性模量等参数，计算得到冲击力，且不受材料和滚石动能类型的限制，计算方法适用于野外大尺度的实际计算，对于崩塌、落石的防灾减灾具有更高的防灾适用性。

技术领域

本发明涉及到崩塌、落石防治工程技术领域，尤其涉及一种适用于旋转动能的滚石冲击力计算方法。

背景技术

崩塌、落石是一种发生在山区或公路边坡的自然现象。崩塌、落石发生后，巨大的石块滚落到山坡下或路边，对附近的居民住房、工厂等建筑设施，或公路等，都会造成极大的破坏。

目前国内外对滚石的冲击力计算研究，主要有4种方法：

1、以滚石的能量计算其冲击力，但该方法没有考虑冲击物与被冲击物的材料特性，对于不同材料的冲击力计算缺乏准确性。

2、以缓冲层的弹性模量等为主要考虑因素，考虑滚石速度、质量等参数计算冲击力，但没有考虑冲击物的材料特性，以及其他被冲击物的材料特性，其计算局限性很大。

3、考虑了冲击物与被冲击物的材料特性，弹性模量等，但计算公式的物理量量纲不和谐，其结果在不同的尺度下，会有较大的偏差。

4、从量纲分析原理研究冲击力与滚石的质量、速度、弹性模量以及被冲击物体的弹性模量等的关系，但这种方法只考虑了滚石的平动运动速度，没有考虑滚石滚动时的旋转动能对冲击力的影响，其结果有误差。室内实验研究的结果比野外情况小3-6个数量级，但野外数据很难获得，因此一个室内研究且能在野外适用的计算冲击力模型显得非常重要，这也是崩塌和落石的防治工程设计的基础。

公开号为CN 104794352A，公开日为2015年07月22日的中国专利文献公开了一种滚石的冲击力计算方法，属于崩塌、落石防治工程、水利工程领域，包括以下步骤：(1)获得滚石弹性模量E₁、被冲击物弹性模量E₂，计算综合弹性模量E；(2)估量滚石质量m、滚石运动速度V、滚石运动方向与被冲击物的平面夹角θ,根据公式F＝0.261(Em²V⁴)^1/3sin^0.5θ计算滚石冲击力F。

该专利文献公开的滚石的冲击力计算方法，仅考虑了滚石的平动运动速度，没有考虑滚石滚动时的旋转动能对冲击力的影响，无法适用于旋转动能的滚石冲击力计算。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种适用于旋转动能的滚石冲击力计算方法，本发明对于所有的冲击力问题，都可以通过获得的冲击物质量、运动速度、运动方向与被冲击物的平面夹角、弹性模量以及被冲击物的弹性模量等参数，计算得到冲击力，且不受材料和滚石动能类型的限制，计算方法适用于野外大尺度的实际计算，计算结果准确，对于崩塌、落石的防灾减灾具有更高的防灾适用性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于旋转动能的滚石冲击力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、获得滚石弹性模量E₁，单位Pa、被冲击物弹性模量E₂，单位Pa，根据式1计算综合弹性模量E，单位Pa；