【摘 要】
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我国是一个山地灾害多发的国家,接近三分之二的国土面积都属于山地丘陵地区。滚石灾害在我国中西部山区是一种常见的自然灾害,其具有分布范围广、难以预测何时何地、发生频繁、路径多变、冲击毁伤威力大等特征,滚石运动过程伴随复杂能量转化。滚石灾害对其影响范围内的各种建筑物和人类生命财产造成严重威胁。因此,对滚石灾害的防治措施研究一直是近年来的研究热点。棚洞工程在众多滚石灾害防护措施当中,凭借其优良性能被广泛应
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我国是一个山地灾害多发的国家,接近三分之二的国土面积都属于山地丘陵地区。滚石灾害在我国中西部山区是一种常见的自然灾害,其具有分布范围广、难以预测何时何地、发生频繁、路径多变、冲击毁伤威力大等特征,滚石运动过程伴随复杂能量转化。滚石灾害对其影响范围内的各种建筑物和人类生命财产造成严重威胁。因此,对滚石灾害的防治措施研究一直是近年来的研究热点。棚洞工程在众多滚石灾害防护措施当中,凭借其优良性能被广泛应用于防护工程。与棚洞工程一起应用的砂石缓冲垫层,作为一种被动防护措施,铺设在棚洞的顶部,起到减小滚石冲击能量的作用。弹性模量是反映砂石垫层缓冲性能的重要参数,对滚石撞击垫层时的最大冲击力产生重要影响。目前研究代表砂石垫层缓冲性能的弹性模量及其影响因素主要有两种方式,包括模型试验和现场试验。模型试验的可重复性和可控性较好,可以定量地研究砂石材料本身的特性因素对垫层弹性模量的影响。本文采用模型试验方法,研究滚石冲击棚洞的缓冲垫层时,弹性模量与其影响因素之间的关系。本文在弹性模量的研究成果基础上,又进行了砂石缓冲垫层最优厚度计算研究,进一步为棚洞结构以及其它工程设施的防灾设计提供技术支持。通过实验研究与其它文献研究对比,本文得到如下结论:（1）本文确定了影响无粘性土弹性模量的三个主要因素,即:砂石材料的相对粒径D、砂石的相对密实度Cm、砂石级配的不均匀系数Cu。这三个因素对土骨架的有效应力产生重要影响,进而可以影响土的弹性模量与滚石冲击砂石缓冲垫层时的最大冲击力。（2）本文得到了砂土级（0.0375﹤D≤1）缓冲垫层的弹性模量计算公式:E=21D0.9Cm4.3Cu0.64。研究结果表明,砂土级缓冲垫层的弹性模量随着垫层材料的相对粒径D、相对密实度Cm、不均匀系数Cu的增大而增大。（3）本文得到了卵砾石级（1﹤D≤15）缓冲垫层的弹性模量计算公式:E=22.7D0.33Cm4.3Cu0.64。研究结果表明,卵砾石级缓冲垫层的弹性模量也随着垫层材料的相对粒径D、相对密实度Cm、不均匀系数Cu的增大而增大。砂土级与卵砾石级垫层弹性模量计算公式,反映了不同粒径范围的无粘性土材料,粒径对于垫层弹性模量值的影响。（4）通过分析影响粘性土垫层弹性模量的因素,结合室内实验与数据分析整理,得到了砂质黏土材料垫层的弹性模量计算公式为:E=46Cm3.6;蒙脱土（粘土）垫层的弹性模量计算公式为:E=10.8Cm7.8。将该模型的计算结果与粘性土弹性模量参考范围值对比,对比结果很接近,验证了公式的可靠性。（5）在砂石垫层弹性模量研究成果基础上,通过最优垫层厚度实验与数据整理分析,得到了砂石垫层弹性模量在1～100MPa区间时,最优垫层厚度Hb计算公式为:Hb=Hc/H0=2.25（E/E0）-0.025（F/F0）0.26;砂石垫层弹性模量在101～155MPa区间时,最优垫层厚度Hc计算公式为:Hb=Hc/H0=2（F/F0）0.26。式中,Hb为无量纲化的最优垫层厚度,Hc单位（cm）;H0为常数H0=1cm;F单位（N）,F0=1N;E单位（MPa）,E0=1MPa。将垫层最优厚度计算模型与文献数据对比,公式的吻合度很好。
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