[发明专利]获取被动桩板拦石墙在崩塌落石地质灾害中动态响应数据的方法

权利要求书

1.获取被动桩板拦石墙在崩塌落石地质灾害中动态响应数据的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

A、获取崩塌落石与被动桩板拦石墙之间的接触压力、最大接触压应力与接触变形之间的关系：

首先确认接触压应力分布为：

式中：p(r)为接触压应力，P为接触压力，a为接触半径；最大接触压应力p_max位于r＝0处：

接触变形由两部分组成：

δ^*＝δ₁+δ₂ (3)

式中：δ₁、δ₂分别为2个接触体的变形量，δ^*为接触变形；

接触变形量与接触面积之间有如下关系：

a²＝Rδ^* (4)

式中：R为等效半径，R₁、R₂为2个接触体的半径；

两个接触体间的接触压力P、最大接触压应力p_max与接触变形δ^*之间的关系为：

式中：E^*为等效弹性模量，E₁、E₂、μ₁、μ₂为两个接触体的弹性模量和泊松比；

根据球形颗粒在冲击荷载下的荷载-变形响应特性构建相应的冲击损伤理论模型：

式中：P₀为两颗粒间的接触冲击力；d为球形颗粒直径，为有效刚度，

式中：D_s为球形颗粒的冲击损伤，K为初始刚度；

将冲击损伤变量D_s定义为：

式中：δ_c为球形颗粒发生冲击破坏时的压缩变形量，当δ^*＝δ_c，损伤D_s＝1；γ为冲击损伤指数；

将颗粒的损伤变量D_s定义为：

其中：E分别为颗粒的有效弹性模量和初始弹性模量；δ_y、δ_m分别为颗粒发生初始屈服时所对应的接触变形量、颗粒碰撞过程中的最大接触变形量，δ_y、δ_m、δ_c三者之间满足δ_yδ_m≤δ_c；式(5)为完全弹性状态下接触压力、最大接触压应力与接触变形之间的关系，而当接触压力超过材料屈服强度时，材料内部将会产生损伤，那么损伤后的材料弹性模量可由式(9)求得，由此综合考虑式(5)和(9)可得到考虑材料损伤的接触压力P_D、最大接触压应力p_Dmax与接触变形之间的关系为：

B、获取落石对钢筋混凝土桩板墙的冲击力：

落石确认为以速度v₀运动的质点，钢筋混凝土桩板墙为静止的平面，将冲击速度沿水平和垂直方向分解：

v_x＝v₀ sinθ，v_y＝v₀ cosθ (11)

式中：v₀、v_x、v_y分别为落石接触到钢筋混凝土桩板墙瞬时的总冲击速度、水平冲击速度和垂直冲击速度；θ为冲击角度；

对钢筋混凝土桩板墙造成冲击破坏的是水平冲击，仅考虑落石的水平冲击作用，有：

式中：m₁、m₂分别为钢筋混凝土桩板墙和落石的质量；v₁为钢筋混凝土桩板墙的运动速度；P_r为落石对钢筋混凝土桩板墙的冲击力；将式(12)变形可得：

式中：m为等效质量，δ为钢筋混凝土桩板墙的变形量；

对δ积分：

在最大压缩量时，得到最大压缩量为：

将式(16)代入式(5)，可求出落石产生的最大冲击力：

得到相应的最大落石冲击压应力为：

考虑由于冲击碰撞导致的材料损伤，得到考虑损伤的落石最大冲击力P_Drmax为：

其中：D为落石冲击对钢筋混凝土桩板墙造成的损伤；

C、确认钢筋混凝土桩板墙的动态响应：

将钢筋混凝土桩板墙在落石冲击下的冲击力-变形关系曲线划分3个阶段：

①阶段Ⅰ：碰撞初期的弹性加载阶段，落石与钢筋混凝土桩板墙二者之间的接触力确认为弹性接触，得到冲击力P_er(δ)与钢筋混凝土桩板墙的变形δ之间的关系为：

式中：δ_ry为钢筋混凝土桩板墙产生初始屈服时的变形值；

②阶段Ⅱ：混凝土桩板墙的塑性损伤加载阶段，接触冲击力超过墙体的屈服强度时导致其产生塑性变形出现损伤，考虑损伤，得到冲击力P_Dr(δ)与钢筋混凝土桩板墙的变形δ之间的关系为：

式中：δ_rm为钢筋混凝土桩板墙的最大变形值；

③阶段Ⅲ：卸载阶段，当钢筋混凝土桩板墙达到压缩最大变形时，落石冲击速度减小为0，墙体积累的弹性变形能发生回弹释放；得到冲击力P_ur(δ)与钢筋混凝土桩板墙的变形δ之间的关系为：

式中：D_m为与钢筋混凝土桩板墙卸载前最大变形值δ_rm所对应的损伤。