【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于交通线路防护工程，特别涉及一种道路工程高大边仰坡危岩崩塌最大冲击力计算方法。
技术介绍
1、进入21世纪以来，随着中国高速公路和高速铁路的大力修建，道路工程高大边仰坡位置危岩崩塌冲击灾害时有发生，落石发生在公路、铁路的频率增加，会对公路、铁路等基础设施、设备和车辆及人员造成重大损失，防护工程设计需准确计算落石最大冲击力。
2、中国《铁路隧道设计规范》明洞和棚洞设计荷载相关条文中对落石冲击力没有给出相关计算方法，仅规定通过现场调查或有关计算验证确定。《公路路基设计规范》、《铁路路基设计规范》和铁路行业《路基手册》等均没有给出落石冲击力计算方法。国内外关于落石冲击力目前有4类算法：基于落石冲击试验的经验拟合算法、基于动量定理的冲击力算法、基于现有算法的扩大系数算法、基于力学与数学原理的解析算法，依据上述四类算法可进行落石冲击力计算，但过程中仍存在下述问题：拟合算法与扩大系数算法经验性偏大，且计算结果准确性一般。动量定理算法结果为落石平均冲击力，结果往往存在偏小趋势。解析算法计算过程较为繁冗。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种道路工程高大边仰坡危岩崩塌最大冲击力计算方法，该方法通过量纲分析与室内试验共同确定危岩崩塌最大冲击力计算模型，可以快速准确计算落石最大冲击力，为道路工程高大边仰坡的防护结构设计提供参考。
2、本专利技术的技术方案在于：一种道路工程高大边仰坡危岩崩塌最大冲击力计算方法，包括以下步骤：
3、s1
4、s2：根据所述落石参数和地质参数，进行量纲分析，构建危岩落石最大冲击力f的计算模型，具体为：
5、f＝f(m,e,h,v,α) (1)
6、单独分析式(1)中m,e,h,v,α与危岩落石最大冲击力f的相关性，得到落石冲击计算的表达式：
7、f＝cmaebhc(vcosα)d (2)
8、式中，c为冲击力系数，具体大小由室内试验确定或采用推荐值c＝0.136；a、b、c、d均为相关系数，具体大小由室内试验确定或采用推荐值a＝2/3,b＝2/5,c＝-1/4,d＝3/2；
9、s3：使用室内落石冲击力试验装置进行落石冲击力试验，根据试验数据以及式(2)拟合得到冲击力系数c，进而确定危岩落石最大冲击力f的计算模型；
10、s4：获取现场危岩的落石块体质量、落石冲击速度、落石冲击速度与落石冲击垫层表面法向夹角、落石冲击垫层弹性模量和落石冲击垫层厚度数据，并将其代入步骤s3确定的危岩落石最大冲击力f的计算模型，得到道路工程高大边仰坡危岩崩塌最大冲击力值；
11、s5：根据得到的道路工程高大边仰坡危岩崩塌最大冲击力值，进行道路工程高大边仰坡的防护结构设计。
12、所述步骤s2中对式(1)进行量纲分析，具体过程为：令落石块体质量m的量纲为m，表示为{m}＝{m}，落石冲击垫层弹性模量e的量纲为ml-2，表示为{e}＝{ml-2}，落石冲击垫层厚度h的量纲为l，表示为{h}＝{l}，落石冲击速度v的量纲为lt-1，表示为{v}＝{lt-1}，落石冲击速度与落石冲击垫层表面法向夹角α为无量纲，危岩落石最大冲击力f量纲为{f}＝{mlt-2}，则危岩落石最大冲击力f可表示为f＝f(me,h,v,α)。
13、所述步骤s3中，室内落石冲击力试验装置包括落球框架，所述落球框架顶部中央位置设有滑轮，所述滑轮上绕有拉线，所述拉线的末端设有落球吊环，所述落球吊环下方连接有落球，所述落球上设有加速度传感器，所述加速度传感器上连接有数据采集线，所述数据采集线的末端电连接有数据采集仪，所述落球的正下方设有防护棚洞框架，所述防护棚洞框架顶部设有防护顶板，所述防护顶板中间设有凹槽，所述凹槽内设有垫层，
14、所述防护顶板的凹槽两侧设有钢化玻璃。
15、所述落球的密度为7859kg/m3，所述落球的质量为5.52kg，所述防护顶板采用c30混凝土模筑而成，所述防护顶板长×宽×厚为130cm×49cm×4cm。
16、所述步骤s3中，落石冲击力试验的具体过程为：采用拉线通过滑轮控制所述落球位于所述垫层上方不同高度，高度可取1.0m、0.8m、0.6m、0.4m，然后松开拉线，落球向下撞击垫层，所述垫层的厚度不同，厚度可取12cm、10cm、8cm、6cm，数据采集仪通过加速度传感器采集撞击时落球的加速度值，并将加速度值转化为速度值。
17、本专利技术的技术效果在于：1.本专利技术通过量纲分析与室内试验共同确定危岩崩塌最大冲击力计算模型，该模型与瑞士labiouse试验算法、日本kawahara试验算法、公路隧道设计细则算法(大型冲击能量)、与pichler野外巨石冲击试验进行对比分析，本专利技术具备较高可靠性；2.本专利技术通过设计资料与现场勘查获取现场危岩的落石块体质量、落石冲击速度、落石冲击速度与落石冲击垫层表面法向夹角、落石冲击垫层弹性模量和落石冲击垫层厚度五项参数值，即可快速确定危岩落石的最大冲击力，计算结果准确，方便快捷。
18、以下将结合附图进行进一步的说明。
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1.一种道路工程高大边仰坡危岩崩塌最大冲击力计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种道路工程高大边仰坡危岩崩塌最大冲击力计算方法，其特征在于：所述步骤S2中对式(1)进行量纲分析，具体过程为：令落石块体质量m的量纲为M，表示为{m}＝{M}，落石冲击垫层弹性模量E的量纲为ML-2，表示为{E}＝{ML-2}，落石冲击垫层厚度h的量纲为L，表示为{h}＝{L}，落石冲击速度v的量纲为LT-1，表示为{V}＝{LT-1}，落石冲击速度与落石冲击垫层表面法向夹角α为无量纲，危岩落石最大冲击力F量纲为{F}＝{MLT-2}，则危岩落石最大冲击力F可表示为F＝F(mE,h,V,α)。
3.根据权利要求1所述一种道路工程高大边仰坡危岩崩塌最大冲击力计算方法，其特征在于：所述步骤S3中，室内落石冲击力试验装置包括落球框架(1)，所述落球框架(1)顶部中央位置设有滑轮(9)，所述滑轮(9)上绕有拉线(10)，所述拉线(10)的末端设有落球吊环(8)，所述落球吊环(8)下方连接有落球(5)，所述落球(5)上设有加速度传感器，所述加速度传感器上连接有数
4.根据权利要求3所述一种道路工程高大边仰坡危岩崩塌最大冲击力计算方法，其特征在于：所述防护顶板(3)的凹槽两侧设有钢化玻璃。
5.根据权利要求3所述一种道路工程高大边仰坡危岩崩塌最大冲击力计算方法，其特征在于：所述落球(5)的密度为7859kg/m3，所述落球(5)的质量为5.52kg，所述防护顶板(3)采用C30混凝土模筑而成，所述防护顶板(3)长×宽×厚为130cm×49cm×4cm。
6.根据权利要求3所述一种道路工程高大边仰坡危岩崩塌最大冲击力计算方法，其特征在于：所述步骤S3中，落石冲击力试验的具体过程为：采用拉线(10)通过滑轮(9)控制所述落球(5)位于所述垫层(4)上方不同高度，高度可取1.0m、0.8m、0.6m、0.4m，然后松开拉线(10)，落球(5)向下撞击垫层(4)，所述垫层(4)的厚度不同，厚度可取12cm、10cm、8cm、6cm，数据采集仪(7)通过加速度传感器采集撞击时落球(5)的加速度值，并将加速度值转化为速度值。
...【技术特征摘要】
1.一种道路工程高大边仰坡危岩崩塌最大冲击力计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种道路工程高大边仰坡危岩崩塌最大冲击力计算方法，其特征在于：所述步骤s2中对式(1)进行量纲分析，具体过程为：令落石块体质量m的量纲为m，表示为{m}＝{m}，落石冲击垫层弹性模量e的量纲为ml-2，表示为{e}＝{ml-2}，落石冲击垫层厚度h的量纲为l，表示为{h}＝{l}，落石冲击速度v的量纲为lt-1，表示为{v}＝{lt-1}，落石冲击速度与落石冲击垫层表面法向夹角α为无量纲，危岩落石最大冲击力f量纲为{f}＝{mlt-2}，则危岩落石最大冲击力f可表示为f＝f(me,h,v,α)。
3.根据权利要求1所述一种道路工程高大边仰坡危岩崩塌最大冲击力计算方法，其特征在于：所述步骤s3中，室内落石冲击力试验装置包括落球框架(1)，所述落球框架(1)顶部中央位置设有滑轮(9)，所述滑轮(9)上绕有拉线(10)，所述拉线(10)的末端设有落球吊环(8)，所述落球吊环(8)下方连接有落球(5)，所述落球(5)上设有加速度传感器，所述加速度传感器上连接有数据采集线(6)，所述数据采集线(6)的末端电连接有数据采集仪(7...
【专利技术属性】
技术研发人员：王星，王帅帅，黄帅，靳军，来显杰，郭亚斌，高轩，
申请(专利权)人：中交第二公路工程局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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