冲击荷载下颗粒级配对废弃混凝土骨料垫层缓冲机理影响研究

来源：振动与冲击杂志2024年第9期北京时间：

作者：苏宇宸，李鹏飞，仲恒，吴琳，王媛，吕亚茹

单位：1. 河海大学力学与材料学院， 南京211100； 2. 河海大学 水利水电学院， 南京210098

摘要：在棚洞等防护结构上方铺设散体材料垫层能够大幅削减落石冲击力和棚洞顶板传递力，提高防护结构抗冲击性能。为了研究颗粒级配对新型废弃混凝土骨料垫层缓冲性能的影响规律，分别开展室内落锤冲击试验和三维离散元数值模拟。结果表明，对于单一粒组颗粒垫层，当均一化颗粒粒径（d50/R）由0.15增加至0.75时，由于力链中潜在失稳点减少，力链稳定性增强，颗粒重排机制受限（平均位移和转角分别减少了41.3%和33.7%），导致落锤冲击力和棚洞顶板传递力峰值分别增加了36.3%和282.2%；对于复合粒组颗粒垫层，当不均匀系数（Cu）由1.1增加至8.0时，粗颗粒周围孔隙被细颗粒填充，配位数增加，导致力链稳定性增强，颗粒重排机制受限（平均位移和转角分别减少了22.4%和45.3%），落锤冲击力和棚洞顶板传递力峰值分别增加了26.0%和174.6%；基于试验和数值模拟结果提出与均一化粒径（d50/R）和不均匀系数（Cu）相关的垫层防护折减系数 ，建立考虑垫层防护作用的落锤冲击力半经验公式，为山区棚洞工程设计与施工提供技术支撑和理论指导。

关键词：冲击荷载；颗粒级配；缓冲性能；颗粒重排