抗碎屑流衝擊工程防護研究取得進展

高強度降雨、地震都可能成為山體滑坡或崩塌發生的誘因。山體滑坡發生時伴隨著大量粒徑不相同的岩石碎屑，碎屑流體積大、速度快。這種強大的衝擊力常常對碎屑流運動前方的結構物及人民生命財產造成毀滅性災難。棚洞作為保護結構可保證山區道路安全和交通順暢。為了能有效抵擋碎屑流衝擊破壞，就需要對碎屑流衝擊棚洞以及緩衝墊層的效應進行深入研究。近日，中國科學院成都山地災害與環境研究所副研究員姜元俊等以保護山區公路的棚洞結構為研究對象，通過室內模型實驗的方法，研究了碎屑流對棚洞的衝擊機制以及利用碎石作為緩衝墊層的緩衝效應。

研究發現，沒有緩衝層的棚洞所受的衝擊力要大於有碎石緩衝層的情況。在沒有碎石墊層的情況下，棚洞上的最大法向力和切向力分量作用在受衝擊側的拱腳位置，增加碎石墊層後，最大衝擊力的值變小，並且最大法向力和切向力分量從受衝擊側的拱腳偏移大約30°至45°，這表明緩衝層不僅能減小衝擊力的大小，還能改變其分布模式。力法是棚洞內力計算的有效方法，它可以快速計算衝擊過程中每一時刻棚洞的內力。以衝擊力作為輸入對棚洞運用力法分析其結構內力，發現碎石墊層可以有效減少結構最大彎矩和最大剪力並增加最大軸力，增加了結構的安全性。同時根據衝擊過程中能量的變化，發現顆粒粒徑較細的碎石墊層耗散衝擊能量的效果更好。這充分表明了碎石墊層在碎屑流衝擊棚洞時發揮了顯著的緩衝和耗能作用。

相關研究成果可應用於災害防治與治理中。災害發生時，可緊急安裝一種沒有碎石墊層的預製棚洞來避免山體滑坡和崩塌所造成的次生災害。如果時間足夠，還可以從棚洞周圍環境中提取礫石，製作成一種由岩土材料構成的碎石墊層，能有效提高棚洞安全性。

相關成果發表在Rock Mechanics and Rock Engineering上。 該研究得到了中科院率先行動「百人計劃」、國家自然科學基金青年基金、成都山地所「一三五」項目的支持。

成都山地所在抗碎屑流衝擊工程防護研究中取得進展

來源：中國科學院成都山地災害與環境研究所

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