Page 160 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 第 5 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 45, No. 5
2025 年 5 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES May, 2025

DOI：10.11883/bzycj-2024-0159

多次落石冲击下棚洞结构动力响应数值模拟 *

刘红岩 ，吕泽鹏 ，刘康琦 ，周月智 ，常书瑞 ，薛 雷 ，张光雄 4
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（1. 中国地质大学（北京）工程技术学院，北京 100083；
2. 北京市规划和自然资源委员会密云分局，北京 101599；
3. 中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029；
4. 保利民爆哈密有限公司, 新疆 哈密 839000）
摘要： 为探究多次落石冲击下棚洞结构的动力响应特征，建立并验证了基于 ANSYS/LS-DYNA 有限元软件的落
石冲击棚洞 FEM-SPH 耦合数值模型，并结合 LS-DYNA 完全重启动技术，研究了落石冲击速度、质量、冲击角度、形状
等 4 个因素对多次落石冲击棚洞结构动力响应的影响。结果表明：冲击力、缓冲层顶部冲击位移、棚顶位移、棚洞塑
性应变均与落石质量、速度、冲击方向与棚洞平面的夹角呈正相关；长方体落石冲击产生的冲击力、棚顶位移和塑性
应变均大于球体落石，球体落石产生的冲击位移大于长方体；对于长方体落石，冲击位移、棚顶位移、塑性应变与接触
面积呈负相关；随着落石冲击次数的增加，峰值冲击力通常会先增大而后趋于稳定。
关键词： 棚洞结构；动力响应；FEM-SPH 耦合数值模型；冲击力；多次落石
中图分类号： O344; TU443 国标学科代码： 13015 文献标志码： A

Numerical simulation on dynamic response of the shed-tunnel structure
under multiple rockfall impacts

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LIU Hongyan , LYU Zepeng , LIU Kangqi , ZHOU Yuezhi , CHANG Shurui , XUE Lei , ZHANG Guangxiong 4
（1. School of Engineering & Technology, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China;
2. Miyun Branch, Beijing Municipal Commission of Planning and Natural Resources, Beijing 101599, China;
3. Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;
4. Poly Explosive Hami Co., Ltd., Hami, 839000, Xinjiang, China）
Abstract: To exploring the dynamic response characteristics of the shed-tunnel structure under multiple rockfall impacts, an
FEM-SPH coupled numerical model is established based on ANSYS/LS-DYNA and is also tested with the data before. Then,
the model is combined with the full restart technique to study the effects of the shed-tunnel structure dynamic response under
multiple rockfall impacts by considering four factors, e.g., rockfall impact velocity, rockfall mass, impact angle and rockfall
shape. The results show that the impact force, buffer top impact displacement, roof displacement and plastic strain of the shed-
tunnel are positively correlated with the rockfall mass, velocity and angle. The impact force, roof displacement and plastic
strain of the shed-tunnel structure generated by the cuboid rockfall impact are all larger than those of the spherical rockfall, and
the impact displacement generated by the spherical rockfall impact is larger than that of the cuboid. For the cuboid rockfall, the
impact displacement, roof displacement and plastic strain are negatively correlated with the contact area. Under the multiple
rockfall impacts, the peak impact force usually increases firstly and then tends to be stable.
Keywords: shed-tunnel structure; dynamic response; the FEM-SPH coupled numerical model; impact force; multiple rockfalls

崩塌落石发生的高频性及运动特征的强随机性，导致对其发生时间、运动路径及造成危害等方面的

* 收稿日期： 2024-05-25；修回日期： 2024-07-26
基金项目： 新疆维吾尔自治区“天池英才”领军人才计划项目（2023）
第一作者： 刘红岩（1975－ ），男，博士，教授，Lhyan1204@126.com

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