落石冲击作用下棚洞垫层动力响应的颗粒级配效应耦合数值模拟研究

摘要：

落石冲击垫层的动态冲击力与冲击深度是棚洞结构设计的重要依据.级配作为垫层颗粒粒度分布的重要特征,决定了垫层各级粒径颗粒的分配情况,影响了落石冲击垫层的动态过程.为研究颗粒级配对落石冲击垫层动态响应的影响,采用离散元-有限差分耦合方法,其中离散元模拟颗粒垫层,有限差分法模拟棚洞混凝土结构.在垫层平均粒径相等的情况下,开展了落石冲击不同级配垫层的动力响应数值模拟研究,通过对落石冲击力、顶板中心压应力、落石冲击深度的分析,揭示了落石冲击颗粒垫层的动态响应机制.研究结果表明:颗粒间力链的稳定性决定了垫层受冲击后的动态响应特征;颗粒间的摩擦是冲击能量耗散的主要方式,耗能占比达70％～80％;对于单峰型级配,单峰对应的粒径越小,力链长度越长,稳定性越差.峰值粒径dt=75 mm时的峰值冲击力为dt=25 mm的1.9倍,顶板峰值压应力为其3.6倍;对于双峰型级配,双峰的距离越近,颗粒周围约束的数量越少,力链的稳定性越差.非均质系数He=0.65时的峰值冲击力比He=0.33时的大40％,顶板峰值压应力大30％,粒径分布的离散性决定垫层受冲击后的响应特征.

关键词：岩石力学、级配、离散元-有限差分耦合、缓冲垫层、动态响应

所属期刊栏目：42

分类号：TU45(土力学、地基基础工程)

资助基金：国家重点研发计划;次青藏高原综合科学考察研究资助项目;中国科学院重点部署项目

在线出版日期：2023-04-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共16页

页码：413-428