1.背景介紹
近年來，頻發的滾石災害對位于山區的交通干線、 輸油(氣)管線等造成嚴重威脅。若在山區基礎設施規劃階段，通過對滾石沖擊原始地面壓痕形態等信息詳細調查，量化滾石沖擊力大小，將為滾石災害的防治設計及風險管控提供重要依據。
圖 1 滾石斜向沖擊土體示意圖
2.研究內容
成都理工大學王東坡教授研究團隊基于能量守恒原理，引入能量比例系數，考慮滾石沖擊角度，提出了滾石沖擊土體的最大沖擊力計算方法。通過物理模型試驗，研究了滾石特征參數、動力學參數及土體性質參數對能量比例系數的影響，建立了滾石沖擊力計算模型并驗證了模型的可靠性。
圖2 滾石沖擊試驗平臺
滾石沖擊試驗平臺主要由三部分構成：滾石釋放裝置、土體模型箱以及數據采集裝置。其中，滾石釋放裝置又分為滑槽和液壓系統兩個部分，土體模型箱由鐵皮箱、土料構成，數據采集裝置由兩臺千眼狼5KF20高速攝像機（1920×1080@3000fps）、一臺筆記本控機、以及同步控制線組成。
圖3 滾石沖擊運動全過程
3.研究結論
本研究基于能量守恒原理，結合滾石沖擊土體物理模型試驗結果，引入并推導了能量比例系數的無量綱經驗公式，以此提出了滾石沖擊力計算方法，并將計算結果與實測結果進行了對比驗證。主要結論如下：
（1）基于能量守恒原理，引入能量比例系數，構建了考慮滾石質量的滾石沖擊力計算方法，該方法適用于滾石沖擊土體等顆粒材料時最大沖擊力的計算。
（2）滾石沖擊土體物理模型試驗結果表明：滾石沖擊加速度受滾石特征參數、動力學參數及土體性質參數的影響；能量比例系數與滾石質量、沖擊速度、沖擊角度呈負相關關系，與滾石尺寸、土體密度以及類抗壓強度呈正相關關系。
（3）基于物理模型試驗結果，采用量綱分析法及多元非線性回歸分析法，建立了能量比例系數的無量綱經驗公式，進而構建了滾石沖擊力計算模型。基于此，對比分析了大尺度滾石沖擊試驗沖擊力試驗值與計算值。結果表明：計算值與試驗值有較好的一致性，最大誤差約為 15.18%。
4.行業應用總結
我國幅員遼闊，地形復雜多樣，地質探索從未停止，高速攝像機在地質勘測，礦石研究，地質災害（滑坡、泥石流等）、基建規劃等的研究領域有著廣泛的應用。在研究中，根據使用需求，可以多臺相機組網形成多目視覺，達到觀測更準，信息更全的目的。（此文源自成都理工大學王東坡教授團隊）
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