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西南交大、奥思特研究团队完成世界首次高位落石原位足尺冲击防护试验


来源:      发布时间:2019/6/6 14:02:46     点击率:374

64日,由西南交通大学土木工程学院防护结构研究中心联合四川奥思特边坡防护工程有限公司,在重庆市涪陵区开展了高位落石冲击防护的原位试验。据悉,本次试验是世界上首次同类型原位足尺试验。

现场山体高度85米,坡度75度,根据现场条件,采用铲车将试块吊运到位后推移使其自然顺坡面滚下的方式释放,共进行四次试验。

试验目的:

1、对主动消能引导网的防护性能进行检验;

2、采集现场试验数据,对主动消能引导网的研究分析提供支持。


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图1 模型试验


高位落石冲击具有冲击力大、冲击能量大和破坏效应巨大等特点,特别在中国西部高山峡谷区域,高位落石风险隐患较为普遍,且分布区域广泛,对交通、城镇、国土、管线及水电开发形成了巨大的威胁,对其进行有效防治一直是地质灾害防治领域的技术难题。

西南交大防护结构研究中心历经近十年研究开发,针对结构防护技术取得了诸多理论、技术、标准及产品开发应用成果。本次试验采用的新型引导式高位落石柔性防护系统是该中心与奥思特公司联合开发的最新成果。中心在整合被动和主动防护技术的基础上,首次提出了引导防护的原创理论,并开发形成了分布式多级耗能引导结构系统。与既有柔性防护技术不同,新系统遭受强冲击作用时,基于“主动控制”并结合专门的结构技术措施,对高位落石进行拦截、压制、引导和收拢,实现拦截、引导和辅助清理等功能的一体化整合。据悉,为了验证新技术,防护结构研究中心和奥思特公司曾于2018年结合贵州某山地大规模清危爆破工程,大胆尝试进行了原位验证试验,试验表明,由于采用了先进的分布式耗能与引导控制技术,系统实现了超过十万千焦的综合防护耗能,与传统防护结构系统相比,防护能力提高两个数量级,且可以回收利用。

西南交大防护结构研究中心与奥思特公司为了本次试验的顺利开展,筹备了接近一年时间,先后完成选址、模拟分析、设计和制造安装。西南交大余志祥老师和奥思特吕汉川董事长牵头完成本次试验方案设计,许浒老师、齐欣老师及奥思特研发团队负责开展现场试验,防护结构研究中心多名博士、硕士研究生参与了试验工作,试验参加人员累计超过30人。试验模型安装在高度为85米、坡度约75度的陡坡上,仅由14根钢柱支撑,防护面积超过一万平米。


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试验前现场图片


为了获取宝贵的试验数据,试验使用了3台无人机、3台高速摄影机、若干台高清普速摄影机和数十套力学传感器及数据采集仪器。4日上午10点整,冲击试验正式开始。重量不等的大型撞击块从85米高的陡崖上释放,撞击块高速滚落,并带动大量破碎岩体冲击系统,经系统拦截、压制、引导后堆积至坡底。在系统无修复条件下,试验重复进行了多次,分别验证了单体、多体群发及多体跟随冲击等工况。

试验过程中,现场持续爆发出雷鸣般的掌声和欢呼声。试验中还出现了有趣的现象,第二次冲击试验时,撞击块的提升挂钩与网面形成纠缠,无法下落,试验老师胸有成竹,果断指挥释放第三次撞击块,通过系统的引导功能,有效控制前后两次撞击块的滚落路径,实现了前后两个撞击块的空中撞击,解决了落石挂网的问题。试验老师称:这种复杂地形条件下,发生打弹珠似的跟随撞击现象,充分体现了新型系统优秀的落石轨迹引导能力。

第一次试验,试块质量为0.62吨,由于引导网的压制、碰撞消能等作用,落石向下运动至约60米处缓坡平台上停积。

第二次试验,试块质量为1.1吨,试验用的落石发生过变形,表面钢板有一处较大裂口,落石向下运动至约25米时裂口挂在钢丝绳上停止下落。

第三次试验,试块质量为2.2吨,落石在下落过程中撞击第二次挂在钢丝绳上的1.1吨试块,两块落石同时下落,2.2吨试块以较慢速度运动至底部,1.1吨试块由于动能不足与第一次0.62吨试块停积于同一个缓坡平台。

第四次试验,试块质量为3吨,落石在引导网的拦截、压制、碰撞耗能等作用下,以较慢速度运动至坡脚。

主动消能型引导网作为一种以控制,引导为主要防护理念的柔性防护产品,具有极高的工程应用价值。本次试验实现了引导式高位落石柔性防护系统大型足尺冲击试验的世界首秀,并实现了防护系统在无修复状态下抗连续冲击,是柔性防护结构领域的突破性进展。西南交通大学防护结构研究中心、奥思特公司在长期理论研究基础上,此次决定开展现场足尺试验,以进一步研究分析主动消能型引导网系统的动力学机理,建立全面完备的主动消能型引导网设计的理论、试验方法等,为后续建立主动消能型引导网检验检测规范(标准)提供基础。

本次试验得到了重庆市涪陵区政府大力支持,到场观摩的单位有自然资源部地质灾害应急技术指导中心、重庆应急管理中心、中铁二院、成都铁路局、中国台湾地质学会、中国台湾宜兰大学、中国地质环境监测院等近20家单位,试验观摩者包含技术研发及应急管理专家逾百余名。