Page 166 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 刘红岩，等： 多次落石冲击下棚洞结构动力响应数值模拟 第 5 期

大的幅度都不如第 1 次冲击，当落石冲击速度 700
v=15 m/s
为 15、20、25 m/s 时，第 2 次冲击产生的位移分 600 v=20 m/s
别为第 1 次的 28.42%、33.91%、40.00%；(3) 落石 500 v=25 m/s
冲击速度为 25 m/s 时，第 4 次冲击后，冲击位移 400
增加相对第 2、3 次更大，可能是因为棚洞破坏 Impact force/kN 300
程 度 已 经 很 大 ， 带 动 缓 冲 层 向 下 的 位 移 增 大 ； 200
(4) 当落石冲击速度较小时（15 m/s），每次冲击的
100
回弹比例均很大，但是当落石冲击速度较大时
（25 m/s），回弹比例则较小。 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

2.2.3 棚顶位移 Time/s
不同落石冲击速度下棚顶位移时程曲线如 图 10 不同冲击速度下缓冲层冲击力时程曲线
图 12 所示，可以看出：(1) 对比 3 种落石冲击速 Fig. 10 Time history of the impact forces on the buffer with
度下的冲击力时程曲线可知，落石质量越大，棚 different velocities
顶位移增加越快；(2) 随着冲击次数增加，棚顶位移不断增加，且具有回弹现象，回弹比例随着冲击速度的
增加而减小。

Time/s Time/s
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

−0.1 −20
Displacement/m −0.2 v=15 m/s Displacement/mm −60 v=15 m/s
−40

v=20 m/s
−0.3
−80
v=25 m/s
−0.4 v=20 m/s −100 v=25 m/s
−0.5 −120

图 11 不同冲击速度下缓冲层顶部冲击位移时程曲线 图 12 不同冲击速度下棚顶位移时程曲线
Fig. 11 Time history of the buffer top displacements with Fig. 12 Time history of the shed roof displacements with
different impact velocities different impact velocities
2.2.4 棚洞塑性应变
不同落石冲击速度下棚洞钢筋混凝土板的塑性应变如图 13 所示。可以看出，在历经多次撞击之
后，棚洞均发生了一定范围的塑性变形，且塑性变形主要集中在棚洞中心，呈垂直带状分布；落石冲击速
度越大，钢筋混凝土板塑性区越大，破坏程度越大；棚洞钢筋混凝土板塑性应变对落石冲击速度敏感性
较高，速度为 15 m/s 的落石 5 次冲击产生的塑性应变远不及速度为 25 m/s 的落石 5 次冲击产生的塑性
应变；当落石冲击速度为 25 m/s 时，5 次冲击后钢筋混凝土板几乎已经完全破坏。

(a) 15 m/s, 5 times of impact (b) 20 m/s, 5 times of impact (c) 25 m/s, 5 times of impact

图 13 不同冲击速度下棚洞塑性应变云图
Fig. 13 Plastic strain contours of shed-tunnel with different impact velocities

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