滚石颗粒随机碰撞模型的理论分析

发布时间：2024-05-19 05:52

　　准确预测滑坡滚石随机碰撞后的力学特性对滚石灾害预测与防治工作具有重要的意义。为了探究影响滚石—壁面碰撞过程的随机因素,本文选取了碰撞过程中4个主要影响因素(入射速度、初始旋转角速度、入射角度以及碰撞角度),建立滚石随机碰撞理论模型,基于接触理论得到滚石碰撞过程中的基本方程,进而推导出滚石碰撞后速度公式,并且结合工程算例分析了入射速度、入射角以及初始旋转角速度对滚石的反弹速度、运动轨迹以及总动能的影响。结果显示:(1)滚石颗粒入射速度、角度以及旋转角速度对碰撞过程影响显著;(2)当滚石入射速度增加时,滚石碰后水平运动距离呈线性增大,垂向最大弹跳高度和碰后总动能成幂函数型增大;(3)当滚石入射角增大时,滚石碰后水平运动距离、垂向弹跳高度均呈减小趋势,前者幅度远大于后者,碰后总动能随着入射角的增大不断减小;(4)当滚石的初始旋转由顺时针变为逆时针增大时,滚石发生回弹现象,水平运动距离不断增大,垂向最大弹跳高度逐渐减小,碰后的总动能随着初始旋转的改变先减小后增大。该随机碰撞模型可为滚石的运动轨迹以及冲击能量的预测以及滚石灾害防治提供一定的理论依据。

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【部分图文】：

图1滚石随机碰撞模型

本文针对自然界中的滚石碰撞过程,选取4个主要影响因素(入射速度、初始旋转角速度、入射角度以及碰撞角度),基于接触理论建立随机碰撞模型;将理论模型结果结合实际工程算例,重点分析入射速度、入射角以及初始旋转角速度三个随机影响因素对滚石碰撞过程的影响规律。1基于滑坡滚石碰撞的随机模型

图2理论模型结果与野外试验结果对比图

在相同冲击粒径、入射速度及角度的条件下,考虑滚石碰撞位置的随机性,得到反弹颗粒速度均值和方差的结果与试验结果[24]对比如图2所示(其中ρ=2390kg/m3),实心方形离散点代表试验值,圆形离散点则为理论计算均值(未考虑初始旋转),空心离散点代表考虑初始旋转时的理论模型反弹速....

图3滚石碰撞示意图

表2滚石冲击计算参数Tab.2Rockfallimpactcalculationparameters参数名称质量/kg半径/m密度/(kg·m-3)k1k2参数值1000.1023900.620.15表1计算结果与野外试验数据对比Tab.1C....

图4不同入射速度下滚石力学特性变化曲线:(a)反弹速度(b)反弹角速度(c)运动轨迹(d)总动能

通过改变入射速度的大小,分析对碰撞过程的影响。假定滚石碰撞的入射角为50°,碰撞角为60°,滚石的物理参数如表2所示,其初始旋转角速度为100rad/s。结果如图4所示。结果表明,在其他条件一定时,入射速度增大,反弹线速度以及角速度都随之增大,且与运动方向一致,而对于垂向速度分....

本文编号：3977687