[發明專利]滾石沖擊力測試裝置

無效

• 申請號: 201110393300.7
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102435371A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 裴向軍;黃潤秋;袁進科;裴鉆
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所 51215
• 代理人: 劉勛

技術領域

本發明涉及地質工程測量技術。

背景技術

針對現有的崩塌預防措施，分為主動防護和被動防護兩方面。對于被動防護系統，均設計為避免直接承受滾石沖擊力作用的結構形式。防護指標是以抗滾石的沖擊為衡量，防護措施是以能量為指標，而對滾石的沖擊力的計算還沒有定量的計算公式，所以對于滾石的沖擊力測試研究也很重要，對崩塌的防護措施具有十分重要的意義。但是，要建立一個符合任何條件且能準確表示沖擊力大小的理論公式是很難實現的。對于沖擊力的撞擊過程實際上是一種動態的碰撞過程，其中影響沖擊力大小的因素很多，包括撞擊物體的重量、力學參數、沖擊速度、撞擊角度、緩沖材料的性質、緩沖材料的厚度，以及材料的結構剛度和結構的動力特性等一系列復雜的影響因子，甚至碰撞發生時刻撞擊物體的撞擊點位置和范圍都會影響沖擊力的大小，而這些影響因素又是相互聯系、相互變化的，所以要想建立一個在各種條件下針對所有影響因素的沖擊力理論計算公式是不可能實現的。而對于這種沖擊過程的研究理論普遍采用的是碰撞彈性理論，采用理想彈塑性力學模型和彈塑性分析模型，對碰撞過程的作用力進行了分析。通過碰撞過程的能量轉換得到沖擊力，但是沒有考慮碰撞過程的塑性變形、以及撞擊的摩擦損耗等。而且按照碰撞問題計算得出的沖擊力是基于完全彈性理論或者完全建立在理想彈塑性材料的基礎上，但是對于抗沖擊的攔擋物材料組成復雜，有土層、巖體等多種材料，而且在碰撞過程中不僅有彈性變形、塑性變形，而且還有材料碰撞之間的摩擦能量損失。因此按照碰撞問題理論對計算滾石的沖擊力帶來一定的困難。其中對于沖擊力的計算，一些學者采用的是經過模擬實驗得出的計算方法，并提出相應的公式計算方法。他們以若干單一化條件為基礎，采用小比例尺的模擬條件，采用自由落體的方法，模擬落石對緩沖墊層的沖擊，得到一種半經驗法的沖擊力計算公式。

根據現有資料可以分析得出：(1)對于產生沖擊力的碰撞過程，它的復雜性決定了從能量、變形等方面入手計算沖擊力的難度。對于沖擊力計算的理論研究，普遍采用的是沖量定理。從沖量定理角度出發解決該問題，則可回避碰撞過程中的變形及能量轉化、消耗的復雜性。(2)從實際出發通過模擬試驗的方法，考慮相應的影響因素，基于沖量定理得到一種定量的沖擊力計算公式，對于沖擊力的計算公式具有顯著的意義。(3)緩沖材料對于沖擊力的大小有明顯的影響。緩沖材料的性質、厚度不同，對于碰撞過程中的影響作用不同，同時對于沖擊力的大小也有重要的影響。

以上的沖擊力方法都有其自身的優點和不足，有各自的適用條件和范圍，但是都有一定的局限性，得到的公式值都是一個近似值。但是目前研究中存在的比較突出的問題是：(1)很多理論計算公式對于沖擊力的變化缺乏系統的研究。這些推導出的公式從理論上看是基于沖量定理的一種近似算法，所得到的結果有效性嚴重依賴于選取的參數的經驗性取值，計算結果與實際情況有誤差甚至相差甚遠。這些理論公式對于撞擊過程作了一定簡化，計算方法簡單，但是不能反映沖擊過程的沖擊力變化特征。比如路基規范方法基于沖擊過程功能原理計算撞擊體對攔擋物的沖擊力，其求得沖擊過程的沖擊力是一個均值，而不能反映沖擊力的變化。這從一些模擬試驗中得到了證明，有一定的局限性。(2)對于緩沖材料的抗沖擊研究不足。有些研究考慮了緩沖材料的性質對沖擊力的影響，比如路基手冊為代表的基于沖擊土層陷入深度的計算方法，該方法適用于深厚土層情形，與實際情況并不完全相符。實際緩沖材料既有彈性體，又有非彈性體。緩沖材料的性質、厚度變化不同對沖擊力大小有明顯影響。雖然有些理論公式涉及到緩沖材料，但是存在參數取值的經驗性，不能反映緩沖材料性質的變化。實際設置的攔擋物體都會設置緩沖層抗沖擊力，所以不考慮緩沖材料對于沖擊力的研究是不符合要求的。(3)實際工程中不同緩沖材料性質、厚度，以及不同的沖擊角度等普遍適用的沖擊力算法是有待解決的重要問題。很多通過試驗得到的公式普遍是考慮自由下落的情形，這與碰撞過程不同的角度變化存在明顯的差異，得到的結果與實際情況誤差較大。因此，有必要對研究不同的撞擊角度對于沖擊力大小的影響，對緩沖材料、撞擊角度進行比較系統的研究。