- 科学出版社
- 9787030858771
- 1版
- 2026-06
作者简介
内容简介
滚石灾害是西部山区广泛分布的地质灾害类型。本书系统围绕滚石灾害作用下明（棚）洞工程的防护机理与结构动力响应问题展开研究。针对山区交通沿线频发的滚石灾害及其对桥隧洞口与沿线构筑物造成的严重威胁，综合采用物理模型试验、理论模型构建与数值模拟验证等多种研究手段，深入揭示滚石冲击条件下明洞与棚洞结构的受力特征、能量传递路径及损伤演化规律；重点探讨砂土垫层、EPS/EPE复合垫层及波纹管耗能构造等多种新型缓冲耗能措施的减震效果，并提出适用于拱式明洞的损伤定量评价方法。书中结合典型工程实例，对新型明（棚）洞防护技术的工程应用进行系统分析，可为山区公路、铁路滚石灾害防治工程的设计与优化提供理论依据与技术参考。
目录
目录
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 明（棚）洞应用案例 2
1.2.1 明洞 2
1.2.2 棚洞 4
1.3 明（棚）洞动力响应研究方法 7
1.3.1 理论模型构建 7
1.3.2 物理模型试验 8
1.3.3 数值模拟验证 9
第2章 滚石冲击棚洞顶板动力响应 11
2.1 物理模型试验 11
2.1.1 试验设计 11
2.1.2 试验结果 14
2.2 理论模型构建 30
2.2.1 钢筋混凝土板动力控制方程 30
2.2.2 弹塑性接触理论 32
2.2.3 滚石钢筋混凝土板动力响应 33
2.3 数值模拟验证 33
2.3.1 数值模型构建 33
2.3.2 结果分析及讨论 35
2.4 本章小结 37
第3章 滚石冲击砂土垫层棚洞动力响应 39
3.1 物理模型试验 39
3.1.1 试验装置 39
3.1.2 试验设计 41
3.1.3 试验结果 41
3.2 离散元-有限差分耦合数值模拟 43
3.2.1 耦合计算原理 43
3.2.2 数值模型构建 46
3.2.3 结构动力响应分析 48
3.3 有限元数值模拟 56
3.3.1 有限元数值模型构建 56
3.3.2 砂土垫层厚度对结构动力响应的影响 58
3.3.3 砂土垫层密度对结构耗能减震的影响 65
3.4 本章小结 71
第4章 滚石冲击EPS复合垫层棚洞动力响应 73
4.1 EPS材料基本特性及压缩力学性能 73
4.1.1 EPS材料基本特性与常见应用 73
4.1.2 EPS材料压缩力学性能 74
4.2 EPS-砂土复合垫层棚洞 78
4.2.1 数值模型构建 79
4.2.2 砂土垫层响应分析 81
4.2.3 EPS垫层响应分析 82
4.3 EPS-砂土-土工格栅复合垫层棚洞 83
4.3.1 数值模型构建 84
4.3.2 动力响应分析 85
4.3.3 缓冲性能 86
4.4 本章小结 89
第5章 滚石冲击EPE复合垫层棚洞动力响应 90
5.1 EPE复合垫层物理力学特性 90
5.1.1 试验设计 90
5.1.2 试验结果 92
5.2 物理模型试验 98
5.2.1 试验方案 98
5.2.2 试验结果 102
5.3 数值模拟 108
5.3.1 数值模型构建 108
5.3.2 数值模型验证 109
5.3.3 数值模拟工况设计 110
5.3.4 数值模拟结果分析 111
5.4 本章小结 123
第6章 滚石冲击波纹管耗能棚洞动力响应 124
6.1 波纹管耗能棚洞设计思路 124
6.2 波纹管金属耗能器耗能机制 125
6.2.1 试验模型 125
6.2.2 物理压缩试验与结果 127
6.3 理论模型构建 129
6.3.1 棚洞的基本荷载类型与简化模型 129
6.3.2 瞬态荷载下棚洞的动态响应 130
6.3.3 基于荷载时程的无阻尼棚洞动力响应 134
6.3.4 带阻尼棚洞系统的自由振动 135
6.4 数值模拟 136
6.4.1 数值模拟方案设计 136
6.4.2 数值计算模型 138
6.4.3 耗能器响应分析 139
6.5 本章小结 144
第7章 滚石冲击双耳式明洞损伤定量评价方法 145
7.1 数值模型构建 145
7.1.1 明洞三维模型 145
7.1.2 有限元模型单元选择 146
7.1.3 材料模型选取及参数设置 146
7.1.4 模型基本设置 153
7.1.5 数值模型验证 153
7.2 结构动力响应 157
7.2.1 滚石动力学参数对结构动力响应的影响 157
7.2.2 滚石冲击位置对结构动力响应的影响 171
7.2.3 滚石连续冲击次数对结构动力响应的影响 175
7.2.4 回填土厚度对结构动力响应的影响 177
7.3 荷载传递机制与计算模型 181
7.3.1 滚石冲击力理论算法 181
7.3.2 衬砌表面合力 182
7.4 结构损伤定量评价方法 186
7.4.1 基于P-I曲线的明洞损伤定量评价方法 186
7.4.2 明洞损伤数值模拟与评价 187
7.5 本章小结 195
第8章 新型明（棚）洞防护技术应用 197
8.1 EPS复合垫层在某铁路单压式明洞中的应用 197
8.1.1 工程背景 197
8.1.2 数值模型构建 199
8.1.3 明洞结构动力响应分析 200
8.1.4 明洞EPS复合垫层优化设计 204
8.2 EPE复合垫层在桑坪隧道明洞中的应用 208
8.2.1 工程背景 208
8.2.2 数值模型构建 210
8.2.3 明洞结构动力响应分析 212
8.2.4 明洞EPE复合垫层优化设计 216
8.3 本章小结 220
第9章 结论与展望 221
参考文献 223
第1章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 明（棚）洞应用案例 2
1.2.1 明洞 2
1.2.2 棚洞 4
1.3 明（棚）洞动力响应研究方法 7
1.3.1 理论模型构建 7
1.3.2 物理模型试验 8
1.3.3 数值模拟验证 9
第2章 滚石冲击棚洞顶板动力响应 11
2.1 物理模型试验 11
2.1.1 试验设计 11
2.1.2 试验结果 14
2.2 理论模型构建 30
2.2.1 钢筋混凝土板动力控制方程 30
2.2.2 弹塑性接触理论 32
2.2.3 滚石钢筋混凝土板动力响应 33
2.3 数值模拟验证 33
2.3.1 数值模型构建 33
2.3.2 结果分析及讨论 35
2.4 本章小结 37
第3章 滚石冲击砂土垫层棚洞动力响应 39
3.1 物理模型试验 39
3.1.1 试验装置 39
3.1.2 试验设计 41
3.1.3 试验结果 41
3.2 离散元-有限差分耦合数值模拟 43
3.2.1 耦合计算原理 43
3.2.2 数值模型构建 46
3.2.3 结构动力响应分析 48
3.3 有限元数值模拟 56
3.3.1 有限元数值模型构建 56
3.3.2 砂土垫层厚度对结构动力响应的影响 58
3.3.3 砂土垫层密度对结构耗能减震的影响 65
3.4 本章小结 71
第4章 滚石冲击EPS复合垫层棚洞动力响应 73
4.1 EPS材料基本特性及压缩力学性能 73
4.1.1 EPS材料基本特性与常见应用 73
4.1.2 EPS材料压缩力学性能 74
4.2 EPS-砂土复合垫层棚洞 78
4.2.1 数值模型构建 79
4.2.2 砂土垫层响应分析 81
4.2.3 EPS垫层响应分析 82
4.3 EPS-砂土-土工格栅复合垫层棚洞 83
4.3.1 数值模型构建 84
4.3.2 动力响应分析 85
4.3.3 缓冲性能 86
4.4 本章小结 89
第5章 滚石冲击EPE复合垫层棚洞动力响应 90
5.1 EPE复合垫层物理力学特性 90
5.1.1 试验设计 90
5.1.2 试验结果 92
5.2 物理模型试验 98
5.2.1 试验方案 98
5.2.2 试验结果 102
5.3 数值模拟 108
5.3.1 数值模型构建 108
5.3.2 数值模型验证 109
5.3.3 数值模拟工况设计 110
5.3.4 数值模拟结果分析 111
5.4 本章小结 123
第6章 滚石冲击波纹管耗能棚洞动力响应 124
6.1 波纹管耗能棚洞设计思路 124
6.2 波纹管金属耗能器耗能机制 125
6.2.1 试验模型 125
6.2.2 物理压缩试验与结果 127
6.3 理论模型构建 129
6.3.1 棚洞的基本荷载类型与简化模型 129
6.3.2 瞬态荷载下棚洞的动态响应 130
6.3.3 基于荷载时程的无阻尼棚洞动力响应 134
6.3.4 带阻尼棚洞系统的自由振动 135
6.4 数值模拟 136
6.4.1 数值模拟方案设计 136
6.4.2 数值计算模型 138
6.4.3 耗能器响应分析 139
6.5 本章小结 144
第7章 滚石冲击双耳式明洞损伤定量评价方法 145
7.1 数值模型构建 145
7.1.1 明洞三维模型 145
7.1.2 有限元模型单元选择 146
7.1.3 材料模型选取及参数设置 146
7.1.4 模型基本设置 153
7.1.5 数值模型验证 153
7.2 结构动力响应 157
7.2.1 滚石动力学参数对结构动力响应的影响 157
7.2.2 滚石冲击位置对结构动力响应的影响 171
7.2.3 滚石连续冲击次数对结构动力响应的影响 175
7.2.4 回填土厚度对结构动力响应的影响 177
7.3 荷载传递机制与计算模型 181
7.3.1 滚石冲击力理论算法 181
7.3.2 衬砌表面合力 182
7.4 结构损伤定量评价方法 186
7.4.1 基于P-I曲线的明洞损伤定量评价方法 186
7.4.2 明洞损伤数值模拟与评价 187
7.5 本章小结 195
第8章 新型明（棚）洞防护技术应用 197
8.1 EPS复合垫层在某铁路单压式明洞中的应用 197
8.1.1 工程背景 197
8.1.2 数值模型构建 199
8.1.3 明洞结构动力响应分析 200
8.1.4 明洞EPS复合垫层优化设计 204
8.2 EPE复合垫层在桑坪隧道明洞中的应用 208
8.2.1 工程背景 208
8.2.2 数值模型构建 210
8.2.3 明洞结构动力响应分析 212
8.2.4 明洞EPE复合垫层优化设计 216
8.3 本章小结 220
第9章 结论与展望 221
参考文献 223
