滚石冲击作用下考虑全植株形态的树木拦挡效应与能量吸收特性

来源：振动与冲击杂志2025年第15期北京时间：

作者：豆红强,,，郑彬彬，王浩h_wang,,，严华祥

单位：1.福州大学紫金地质与矿业学院，福州350108；2.福建省地质灾害重点实验室，福州350002；3.自然资源部丘陵山地地质灾害防治重点实验室，福州350002

摘要：防护林在抵御滚石灾害方面具有重要的拦挡作用，但由于树木“冠-干-根-土”的复杂结构和各向异性特性，导致其对滚石冲击拦挡效应和能量吸收特性的研究相对不足。为此，构建了树木全植株形态“冠-干-根-土”系统的三维数值仿真模型，研究了不同碰撞工况下单株树木对滚石冲击的拦挡效应和能量吸收特性。研究结果表明：树木通过干冠缓冲承载、根系锚固及土壤消散的多层结构协同作用，拦挡滚石并吸收其冲击能量；树木的能量吸收率随滚石动能的增大而降低，峰值冲击力随滚石动能的增大而增大，但二者均随碰撞高度和碰撞偏心率的增大而降低；滚石冲击动能较小时，约75%的滚石动能在最初25 ms内通过树冠晃动和树干断裂破坏被吸收，树木结构的能量吸收占比为80%-90%，根-土系统和周围土体的能量吸收占比总和为10%-20%；树木对滚石的能量吸收率随冲击角度的增大呈现先增大后减小的趋势，根-土系统和周围土体的能量吸收占比总和在15%-25%之间。研究成果可为滚石灾害防护林的优化设计和应用提供理论依据。<br>

关键词：全植株树木；滚石灾害；数值仿真；拦挡效应；能量吸收特性