Page 175 - 《爆炸与冲击》2026年第4期

第 46 卷 吴 昊，等： 落石冲击框架T梁式RC棚洞损伤破坏评估 第 4 期

速度较低时，砂-EPE 复合垫层可更有效地传递和扩散落石冲击力，而冲击速度增大后，由于 EPE 垫层被
快速压实而无法有效扩散落石冲击力，致使棚洞顶板呈现如图 8(b) 所示更严重的损伤。

3.3 动态响应
3.3.1 落石冲击力和垫层-顶板接触力时程
图 10(a)～(b) 分别给出了冲击速度为 10 m/s 时不同工况中落石的冲击力时程和垫层与棚洞顶板间
3
的接触力时程。可以看出：(1) 铺设砂垫层工况 V10-2（3.49×10 kN）和铺设砂-EPE 复合垫层工况 V10-3
3
4
（2.75×10 kN）的落石冲击力峰值较无垫层工况 V10-1（4.34×10 kN）分别降低了 91.9% 和 93.6%，平均值
为 92.8%；(2) 工况 V10-3 中接触力峰值（3.46×10 kN）相比工况 V10-2（4.23× 10 kN）降低了 18.2%，复合
3
3
垫层相比砂垫层可进一步降低接触力峰值；(3) 相比无垫层工况 V10-1 的冲击作用持续时间为 0.119 s，工
况 V10-2 和 V10-3 中的冲击作用持续时间分别为 0.138 和 0.188 s，垫层均可延长冲击作用持续时间且复
合垫层效果更显著。此外，由于垫层存在重力，在落石冲击作用结束后，垫层与顶板的接触力稳定至垫
层重力值。
图 10(c)～(d) 分别给出了冲击速度为 25 m/s 时不同工况的计算结果。可以看出：(1) 铺设砂垫层工
3
况 V25-2（6.59×10 kN）和铺设砂-EPE 复合垫层工况 V25-3（9.31×10 kN）的落石冲击力峰值较无垫层工
3
况 V25-1（9.49×10 kN）分别降低了 93% 和 90.2%，平均值为 91.6%；（2）工况 V25-3 中接触力峰值（1.03×
4
3
4
10 kN）相比工况 V25-2（5.44×10 kN）增大了 89.3%。在冲击速度为 25 m/s 的工况中，相比铺设复合垫
层，铺设砂垫层的接触力峰值更小。其原因在于，随着落石冲击速度的提高，EPE 被快速压实（图 9）导致
其接触刚度增大，反而增加了 EPE 垫层与顶板的接触力，同时缩短了冲击作用的持续时间（砂垫层和复
合垫层分别为 0.193 和 0.115 s）。

45 5

43.4 MN V10-1 4.23 MN V10-2
V10-2 V10-3
V10-3 4 3.46 MN
40
Impact force/MN 10 Duration time in V10-2 (0.138 s) Contact force/MN 3 2 Gravity of sand cushion
Duration time in V10-3 (0.188 s)
3.49 MN
2.75 MN
5
1
Gravity of composite cushion
0
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Time/s Time/s
(a) Impact force-time histories (10 m/s) (b) Contact force-time histories (10 m/s)
100 15
94.9 MN V25-1 V25-2
V25-2
V25-3 12 10.3 MN V25-3
90
Impact force/MN 20 6.59 MN Duration time in V25-2 (0.193s) Contact force/MN 9 6 5.44 MN
Duration time in V25-3 (0.115s)

9.31 MN
10
3 Gravity of sand cushion
Gravity of composite cushion
0
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Time/s Time/s
(c) Impact force-time histories (25 m/s) (d) Contact force-time histories (25 m/s)

图 10 冲击力与接触力时程对比
Fig. 10 Comparisons of impact force and contact force-time histories

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