Page 177 - 《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

能占比为 50.4%，比砂垫层耗能占比小 16.7%，且 EPE 垫层内能达到峰值时落石仍保持一定动能，表明此
时 EPE 垫层已被完全压实而无法继续耗能，落石的剩余动能则转化为顶板内能，其峰值较铺设砂垫层顶
板增大了 37.8%。上述分析表明，冲击速度为 25 m/s 时，无垫层和铺设砂垫层工况的能量转化规律与冲
击速度为 10 m/s 的工况类似，即主要耗能构件分别为顶板和砂垫层。铺设砂-EPE 复合垫层工况中，砂垫
层和 EPE 垫层的内能均先上升后下降，而顶板最终的内能大于砂垫层和 EPE 垫层的内能（图 12(f)）。这
是由于冲击速度提高导致冲击区域的 EPE 被快速压实而无法继续消耗能量（图 9），此后落石继续冲击棚
洞顶板，其剩余动能几乎全部转化为顶板内能。

1 200 1 200

Kinetic energy of rockfall Kinetic energy of rockfall
1 000 Internal energy of roof slab 1 000 Internal energy of roof slab
Internal energy of sand cushion
800 800
Energy/kJ 600 Energy/kJ 600
400
400
200 200
0 0

−200 −200
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0 0.05 0.10 0.15 0.20
Time/s Time/s
(a) V10-1 (b) V10-2
1 200 6 000
Kinetic energy of rockfall Kinetic energy of rockfall
1 000 Internal energy of roof slab 5 000 Internal energy of roof slab
Internal energy of sand cushion
800 Internal energy of EPE cushion 4 000
Energy/kJ 600 Peak Energy/kJ 3 000

400
2 000
200 1 000
0 0
Rebounce of rockfall
−200 −1 000
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0 0.05 0.10 0.15 0.20
Time/s Time/s
(c) V10-3 (d) V25-1
6 000 6 000
Kinetic energy of rockfall Kinetic energy of rockfall
5 000 Internal energy of roof slab 5 000 Internal energy of roof slab
Internal energy of sand cushion Internal energy of sand cushion
4 000 4 000 Internal energy of EPE cushion
Energy/kJ 3 000 Energy/kJ 3 000 Peak
2 000
2 000
1 000 1 000

0 0
−1 000 −1 000
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0 0.05 0.10 0.15 0.20
Time/s Time/s
(e) V25-2 (f) V25-3
图 12 各冲击工况下的能量转化时程曲线
Fig. 12 Energy-time histories of each impact condition

从能量转化角度来看，冲击过程中落石动能主要转化为顶板内能，而铺设砂垫层和砂-EPE 复合垫层
均可有效吸收落石的冲击能量，从而明显降低顶板内能。当落石冲击速度较小时，复合垫层中的 EPE 垫

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