Page 180 - 《爆炸与冲击》2026年第4期
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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
应的临界冲击速度，甚至略低于铺设 600 mm 厚砂垫层对应的临界冲击速度，例如质量为 5.0 t 时，铺设 600 mm
厚砂垫层、1 200 mm 厚砂垫层和砂-EPE 复合垫层的临界冲击速度分别为 43.0、57.0 和 40.8 m/s。而当落
石质量增大至 30.0 t 时，其临界冲击速度与铺设相同厚度砂垫层对应的临界冲击速度较为接近。
2 500 3 500
2.5 t (v c =54.4 m/s) 15.0 t (v c =22.8 m/s) 5.0 t (v c =57.0 m/s) 20.0 t (v c =26.6 m/s)
5.0 t (v c =43.0 m/s) 20.0 t (v c =20.4 m/s) 3 000 10.0 t (v c =38.8 m/s) 30.0 t (v c =20.4 m/s)
2 000 Critical penetration depth 30.0 t (v c =15.8 m/s) 2 500 Critical penetration depth
15.0 t (v c =31.4 m/s)
10.0 t (v c =29.0 m/s)
Penetration depth/mm 1 500 Penetration depth/mm 2 000
1 500
1 000
1 000
500
500
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4
Time/s Time/s
(a) 600 mm sand cushion (b) 1 200 mm sand cushion
3 500
2.5 t (v c =48.0 m/s) 15.0 t (v c =27.0 m/s)
3 000 5.0 t (v c =40.8 m/s) 20.0 t (v c =23.4 m/s)
30.0 t (v c =18.8 m/s)
10.0 t (v c =32.0 m/s)
Penetration depth/mm 2 000 Critical penetration depth
2 500
1 500
1 000
500
0 0.1 0.2 0.3 0.4
Time/s
(c) 1 200 mm sand-EPE composite cushion
图 14 不同质量落石侵入深度时程
Fig. 14 Penetration depth-time histories of rockfall with different masses
需要说明的是，对于铺设 600、1 200 mm 厚砂垫层以及 1 200 mm 厚砂-EPE 复合垫层的 RC 棚洞，质
量为 2.5、5.0 和 2.5 t 的落石其临界冲击速度分别为 54.4、57.0 和 48.0 m/s，接近或超过《公路明（棚）洞勘
察设计指南》 中 RC 棚洞防落石冲击的最大设计速度 54.7 m/s，因此不再讨论质量更小的落石冲击工况。
[2]
4.2 落石质量-临界冲击速度曲线
对表 4 中不同质量落石冲击无垫层、铺设 600 mm 厚砂垫层、1 200 mm 厚砂垫层和 1 200 mm 厚砂-EPE 复合
垫层 RC 棚洞的临界冲击速度进行非线性拟合，得到落石冲击下原型框架 T 梁式 RC 棚洞失效破坏对应的
落石质量 m 与临界冲击速度 v 的关系式，如图 15(a) 所示，其拟合的决定系数 R 分别为 0.998、0.985、0.999
2
c
和 0.974。可以看出：落石冲击无垫层、铺设不同厚度砂垫层以及砂-EPE 复合垫层 RC 棚洞对应的临界
冲击速度 v 随落石质量 m 均呈幂函数衰减的趋势。以临界冲击速度 v 衡量垫层的抗落石冲击性能，存
c
c
在 1 个落石质量，使得小于该质量时砂垫层优于砂-EPE 复合垫层，大于该质量时则相反，即图 15(a) 中砂
垫层与复合垫层临界速度曲线的交点。对于本文中 600 和 1 200 mm 厚砂垫层工况，该质量分别约为 7 和 32 t。
图 15(b) 进一步给出了不同临界冲击工况对应的落石冲击能量 E ，可以看出：(1) 在不同质量落石的
I
冲击作用下，铺设 600 mm 厚砂垫层、1 200 mm 厚砂垫层和 1 200 mm 厚砂-EPE 复合垫层 RC 棚洞承受的
临界冲击能量范围分别为 3 699～4 622 kJ、6 242～8 122 kJ 和 2 880～5 475 kJ，远大于无垫层 RC 棚洞
（1 125～1 687 kJ）；(2) 随着落石质量的增大，无垫层和铺设复合垫层 RC 棚洞承受的临界冲击能量先增
大后基本保持不变，而铺设 600 mm 厚砂垫层和 1 200 mm 厚砂垫层 RC 棚洞承受的临界冲击能量则分别
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