Page 164 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 第 4 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 46, No. 4
2026 年 4 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Apr., 2026

DOI：10.11883/bzycj-2025-0060

落石冲击框架 T 梁式 RC 棚洞损伤破坏评估 *

吴 昊 ，沈 衢 ，陈 德 1,2
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（1. 同济大学土木工程学院，上海 200092；
2. 宁波大学冲击与安全工程教育部重点实验室，浙江 宁波 315211）

摘要： 钢筋混凝土（reinforced concrete, RC）棚洞是山区公路和铁路设施抗落石冲击的有效原位防护手段，利用 LS-
DYNA 商用有限元软件开展落石冲击无垫层、铺设厚砂垫层以及厚砂-发泡聚乙烯泡沫（expandable polyethylene, EPE）
复合缓冲垫层的原型框架 T 梁式 RC 棚洞损伤破坏评估的精细化数值模拟分析。首先，建立落石冲击沪昆铁路某原型
框架 T 梁式 RC 棚洞的精细化有限元模型。其次，通过与落锤（石）冲击无垫层、带砂和 EPE 垫层 RC 板试验结果对比，
充分验证了数值模拟方法的适用性和可靠性。进一步，对比分析了落石冲击下无垫层、铺设砂和砂-EPE 复合垫层棚
洞的损伤破坏和动态响应。最后，以落石最大侵入深度达到棚洞顶板与垫层总厚度作为棚洞失效破坏阈值，给出了棚
洞失效破坏对应的落石质量与临界冲击速度关系式，实现棚洞防护性能的快速评估。结果表明：(1) 无垫层棚洞的损
伤破坏集中于顶板冲击区域，铺设砂垫层以及砂-EPE 复合垫层可平均分别降低落石冲击力峰值 92.8% 和 91.6%；(2) 落
石冲击速度较小时，砂-EPE 复合垫层的缓冲耗能效果优于砂垫层，冲击速度增大后，复合垫层的防护效果不及砂垫
层，顶板承受的冲击力和冲击能量较铺设砂垫层分别增大了 89.3% 和 37.8%；(3) 棚洞失效破坏对应的落石临界冲击速
度 随 落 石 质 量 增 大 呈 幂 函 数 衰 减 规 律 ， 铺 设 垫 层 可 使 临 界 冲 击 速 度 提 高 52%～ 155%， 显 著 提 升 棚 洞 的 防 护
性能。
关键词： 框架 RC 棚洞；落石冲击；损伤破坏；砂垫层；砂-EPE 复合垫层
中图分类号： O383; U451 国标学科代码： 13015 文献标志码： A

Damage and failure assessment of framed T-beam type RC
shed tunnel under rockfall impact

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WU Hao , SHEN Qu , CHEN De 1,2
（1. College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China;
2. Key Laboratory of Impact and Safety Engineering, Ministry of Education,
Ningbo University, Ningbo 315211, Zhejiang, China）

Abstract: Reinforced concrete (RC) shed tunnel serves as an effective in-situ solution for rockfall protection along
mountainous highways and railways. Using the commercial software LS-DYNA, refined numerical simulations were
conducted to investigate the damage and failure assessment of a prototype framed T-beam type RC shed tunnel under rockfall
impact. The simulations considered scenarios both with and without cushions, including 600 mm and 1 200 mm sand cushions,
as well as 1 200 mm sand-expandable polyethylene (EPE) composite cushion. Firstly, a refined finite element model of a
prototype framed T-beam type RC shed tunnel located on the Shanghai-Kunming railway under rockfall impact was developed,
of which the rockfall masses ranging from 1 t to 30 t and impact velocities ranging from 10 m/s to 57 m/s. Secondly, by
comparing with the results of existing impact tests on bare RC slab, as well as RC slabs with sand and EPE cushions, the
accuracy and reliability of the adopted material constitutive model, mesh size, contact algorithm, and corresponding parameters

* 收稿日期： 2025-02-23；修回日期： 2025-04-18
基金项目： 国家自然科学基金（52408555）；冲击与安全工程教育部重点实验室（宁波大学）开放课题（CJ202505）
第一作者： 吴 昊（1981－ ），男，教授，wuhaocivil@tongji.edu.cn
通信作者： 陈 德（1992－ ），男，博士，chende@tongji.edu.cn

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