[发明专利]一种落石冲击明洞结构响应力计算方法

说明书

本发明公开了一种落石冲击明洞结构响应力计算方法，涉及隧洞安全技术领域；包括以下步骤：确定多个明洞结构受落石冲击力响应值的影响因素，并采用正交仿真试验方法，进行多因素水平正交仿真实验；根据所述仿真实验的结果，通过曲线估计理论获得单一所述影响因素在各水平下指标的平均值，并对各所述影响因素进行曲线拟合；根据各所述影响因素在各水平下指标的平均值、各所述影响因素曲线拟合的结果，构建明洞受落石冲击响应力的计算模型。本发明能够更真实地反映落石冲击力对明洞的影响，进而为山区高位崩塌落石设防提供借鉴与参考。

技术领域

本发明涉及隧洞安全技术领域，具体涉及一种落石冲击明洞结构响应力计算方法。

背景技术

为应对高位崩塌导致的落石灾害，在我国西部山区公路、铁路修建了大量的明(棚)洞结构，给道路的安全运营提供了强有力保障。根据相关调查研究显示，公路明(棚)洞在后期的运营过程中所产生的病害类型，落石冲击导致结构开裂、破坏的比例高达47.6％。经发明人研究发现，落石冲击力计算值与明(棚)洞结构响应值之间的严重失真是后期造成明(棚)洞结构开裂、破坏病害行为的比例居高不下的本质原因。

发明内容

针对现有技术中落石冲击力计算值与明洞结构响应值失真的技术问题；本发明提供了一种落石冲击明洞结构响应力计算方法，以更真实地反映落石冲击力对明洞的影响，进而为山区高位崩塌落石设防提供借鉴与参考。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明提供了一种落石冲击明洞结构响应力计算方法，包括以下步骤：

确定多个明洞结构受落石冲击力响应值的影响因素，并采用正交仿真试验方法，进行多因素水平正交仿真实验；

根据所述仿真实验的结果，通过曲线估计理论获得单一所述影响因素在各水平下指标的平均值，并对各所述影响因素进行曲线拟合；

根据各所述影响因素在各水平下指标的平均值、各所述影响因素曲线拟合的结果，构建明洞受落石冲击响应力的计算模型。

落石冲击问题其本质属于动力学问题，即除了体力外，还额外增加了惯性力和阻尼力。落石冲击缓冲土层、土垫层作为单独的一个结构体，也会受到向下的冲击加速度，由于缓冲土层自重较大，在这个过程中会有惯性力产生；此外缓冲土层多采用松散孔隙岩土材料，在冲击荷载下产生流体特性，具有良好的缓冲扩散性能，冲击力作用于明(棚)洞结构上存在附加惯性力和缓冲效应的耦合作用。因此落石冲击响应力F2并非等同于落石冲击垫层接触力F1，两者之间也并非简单的线性关系。

本发明提供的落石冲击明洞结构响应力计算方法，通过正交仿真试验方法，对多个明洞结构受落石冲击力响应值的影响因素进行仿真试验，并根据仿真试验结果，采用多元非线性回归方法建立落石冲击响应力计算模型，进而更真实反映落石冲击力对明、棚洞的影响，相可为山区高位崩塌落石设防提供借鉴与参考。

在一可选的实施例中，所述影响因素为落石质量、落石下落高度、缓冲土层厚度和缓冲土层类型，以综合考虑影响明洞结构受落石冲击力的多种因素，确保计算值更接近明洞结构受力响应值。

在一可选的实施例中，所述缓冲土层类型包括沙土、黏土、碎石土和壤土，以囊括多种常见的缓冲土层。

在一可选的实施例中，所述沙土、黏土、碎石土和壤土对应的无量纲参数依次为1、2、3、4。

在一可选的实施例中，明洞受落石冲击响应力的计算模型为：

式中：F₂为落石冲击响应力；

K为落石尺寸效应系数；

M为落石质量；

H为落石下落高度；

h为缓冲土层厚度；