CN115618553A - 一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统的防治方法 - Google Patents

一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统的防治方法 Download PDF

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CN115618553A CN202210752059.0A CN202210752059A CN115618553A CN 115618553 A CN115618553 A CN 115618553A CN 202210752059 A CN202210752059 A CN 202210752059A CN 115618553 A CN115618553 A CN 115618553A
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Abstract

本发明公开了一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统及防治方法，包括一级消能模块、二级消能模块及三级消能模块，所述一级消能模块是用于对高陡岩质边坡高位崩塌的落石进行初级消能，采用设计缓冲层方法，所述二级消能模块用于对高陡岩质边坡高位崩塌的落石进行中级消能，采用控制崩塌落石运动轨迹，降低落石动能，所述三级消能模块用于对高陡岩质边坡高位崩塌的落石进行终级消能；本发明与传统消能棚硐防护措施相比，多级消能系统解决高位崩塌防治难题，通过消能区、缓冲区以及拦挡区，从而有效控制高位崩塌灾害性，本设计根据理论计算，就地取材，施工方便快捷，无需大型设备，解决了高位崩塌施工措施难度大的问题。

Description

一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统的防治方法
技术领域
本发明涉及软件分析技术领域，更具体地说，本发明涉及一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统的防治方法。
背景技术
受青藏高原强烈隆起影响，尤其是我国西南地区，高山峡谷地区、构造运动强烈、降雨极不均匀，高地应力、地震频发等，高陡岩质边坡极易产生结构失稳进而形成严重的地质灾害，其中高位崩塌最为常见。高位崩塌具有不确定性，随机性、突发性、隐蔽性以及致灾能力强等特征，如2001年318 国道镜山山体崩塌，高差500m，崩塌体堵河形成堰塞湖，淹没国道318线，严重影响了进藏物资的运输。2009年都汶高速彻底关大桥崩塌，高差500m，巨石再次将彻底关大桥砸毁，导致3人死亡，12人受伤，7辆车辆损毁。2017 年九寨沟地震，形成了几十处大型崩塌，严重影响了九寨沟景区安全运行； 2019年成昆铁路山体崩塌，造成12人遇难，成都至西昌段客运列车停运。所以高位崩塌造成严重的地质灾害，形成了惨痛的教训，严重危及国家财产和人民生命安全。
随着基础建设逐步向山区延伸，如川藏铁路、“四纵四横”高速铁路网、锦屏一级水电站、抚顺西露天矿等超级工程，均涉及数百米、甚至上千米的岩质高边坡，尤其高位崩塌现象，给工程建设和后期运营带来了严重的威胁。因此深入开展高陡岩质崩塌防治方法研究，是工程建设与运行安全的迫切需求，具有重要的理论研究意义与工程使用价值。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统及防治方法在基于源代码插桩方式克服了源代码提取困难的问题，便于后续函数图的输出与混合动态建模方法，在基于多节点自动建模的分析方法过程保证了建模分析数据的精准性，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统及防治方法，包括一级消能模块、二级消能模块及三级消能模块，所述一级消能模块是用于对高陡岩质边坡高位崩塌的落石进行初级消能，采用设计缓冲层方法，所述二级消能模块用于对高陡岩质边坡高位崩塌的落石进行中级消能，采用控制崩塌落石运动轨迹，降低落石动能，所述三级消能模块用于对高陡岩质边坡高位崩塌的落石进行终级消能，采用建设拦石墙对高位崩塌落石进行最后的消能处理。
进一步的，所述多级消能处理方法包括有建设石笼加筋挡土墙和缓冲层组成消能结构的缓冲层、利用乔木林进一步拦截消散崩塌落石能量及用钢构格栅和拦石墙进行拦挡；
具体包括下列步骤
S1、首先勘察山体现象，采集崩塌体地形地貌、崩塌体范围以及大小、破坏模式、变形破坏历史数据，目的是崩塌体采集数据；
S2、利用计算机机器学习技术，分析采集数据，构建崩塌落石的轨迹方程，目的是利用现有计算机技术对采集数据进行分析处理；
S3、然后根据轨迹方程进行运算，依据物体运动的能量守恒，进行撞击换算能量损失，目的是分析后的数据进行建模，带入公式运算；
S4、最后根据计算机运算结果，采取方案方法对崩塌落石进行逐级消能处理，目的在于通过运算数据，采取物理建设方案对崩塌体进行消能处理。
进一步的，通过现场调查，分析崩塌体地形地貌、崩塌体范围以及大小、破坏模式、变形破坏历史，可以了解落石在空间运动时的任何位置，以此确定消能构筑物的合理位置和尺寸，所述消能构筑物是对于在高陡岩质边坡高位崩塌体冲力作用下防止或减轻破坏的工程建设，目的是为了消耗高位崩塌体的能量，确定消能构筑物的合理位置和尺寸是通过计算出高位崩塌体运动轨迹进行消能建设，所述运动轨迹一般采用运动学原理，根据高位崩塌体轨迹，带入方程计算，如
Figure RE-GDA0003993026830000031
坠地瞬时的速度v(i+1)x和v(i+1),
Figure RE-GDA0003993026830000032
式中vix、v(i+1)x以及viy、v(i+1)y表示崩塌体X、Y离开母岩初始速度、坠地瞬时的速度；xi、xi+1以及yi、yi+1表示崩塌体X、Y离开母岩初始位移、坠地瞬时的位移；H—石块坠落高度(m)；g—重力加速度(m/s2)；α—山坡坡度角 (度)；K—石块沿山坡运动受一切有关因素综合影响的阻力特性系数，目的是通过运算崩塌体的运动轨迹计算能量变化。
进一步的，所述崩塌体的轨迹通过方程运算，利用能量守恒定律，崩塌体在碰撞过程中，产生的能量系统所具有的最大变形能等于相对动能的损失，所述最大变形能在外力作用下因变形而储存的能量称为变性能，在崩塌体运动过程中，收到撞击的外力产生变形而贮存的能量值，基于冲击形迹建立能量，建立如下公式
Figure RE-GDA0003993026830000033
Figure RE-GDA0003993026830000041
Figure RE-GDA0003993026830000042
Figure RE-GDA0003993026830000043
Figure RE-GDA0003993026830000044
式中Ui表示崩塌体碰撞前能量；We表示缓冲层吸收的能量；cu表示缓冲层的均匀压缩系数，A表示碰撞接触面积；Zs为陷入缓冲层深度；Pmax表示最大冲击力；vei表示碰撞后崩塌体速度；Zs为缓冲层陷入最大深度；Hmax表示弹跳高度，目的是利用物理能量守恒定律计算损失交换的能量。
进一步的，根据运算公式计算的结果，采取所述高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统中的一级消能模块，所述一级消能模块则通过建设缓冲层对崩塌体进行初级消能，具体采用石笼加筋挡土墙+缓冲层组成消能结构，格宾石笼截面尺寸为2×1×1m，其具有更优于EN10223-3标准中所述网箱的力学性能，为增进石笼间的整体性能，在石笼间设有60cm的Ф32竖向插筋，间距 20cm，其中点与铁丝面绑扎连接，格宾石笼内填料就地取材，石块应容重大、坚硬且不易风化，加筋材料选择整体钢塑格栅，每层间距1.0m，要求以冷拉碳素弹簧钢丝、聚乙烯等高分子聚合物为主要原料，加入一定量的抗紫外线、防老化助剂及其它增强改性物质，经挤出、复合的钢塑复合条带经向、纬向整体加工成型，另外间隔2m原坡面岩体中设置至少3m长锚杆，通过φ32钢筋与石笼挡墙连接，进一步提高挡土墙稳定性，挡土墙顶部1-2m范围设置缓冲层，缓冲层主要EPS泡沫板和细砂组成，EPS泡沫板位于细砂下部，EPS泡沫板厚度与细砂厚度比为1:2，目的采取技术手段，根据计算结果进行一级消能处理。
进一步的，所述二级消能模块是在所述一级消能模块采取方案措施下进一步对崩塌体进行消能处理，也是让高位崩塌体在运行轨迹中出现缓冲区，具体采用方法为通过乔木林进一步拦截消散崩塌落石能量，控制崩塌落石运动轨迹，让崩塌体运动轨迹以滚落为主，根据能量守恒定律，充分利用木材的冲击韧性T，根据木材力学性能，通过一次冲击试验法测定木材得冲击韧性 T，针叶木材冲击韧性T为17.9-67.5kJ/m2，阔叶木材T为16.0-182.2kJ/m2，
建立如下公式
Figure RE-GDA0003993026830000051
式中vn表示崩塌落石最终出缓冲区速度；vei表示崩塌落石进入缓冲区速度(碰撞后崩塌体速度)；Hn表示缓冲区高差，T表示木材的冲击韧性；n为乔木林设置排数；m表示崩塌体质量，目的采取技术手段，根据计算结果进行二级消能处理。
进一步的，所述三级消能模块是基于一级消能模块与二级消能模块的过程后，对高位崩塌体进行最后一级消能处理，采取方法是建立拦石墙，这是依据崩塌体最大冲击力的撞击理论而来，一般是基于Hertz碰撞理论可知，碰撞时的最大冲击力Pmax为
Figure RE-GDA0003993026830000052
式中Fmax表示拦石墙最大冲击力；E2表示轮胎的弹性模量；u2表示轮胎的泊松比；r1表示崩塌落石的半径，m1表示崩塌体质量，en表示回弹系数，目的采取技术手段，根据计算结果进行三级消能处理。
进一步的，所述建设挡土墙具体的建设步骤如下：
A1、首先利用现有技术设备对目标高陡岩质边坡高位崩塌的滚动轨迹做出数据处理，计算出所述三级消能模块中建设的挡土墙的位置及尺寸；
A2、通过计算机绘画技术，对挡土墙进行一定比例绘制，把需要建设的挡土墙先模拟绘制其需要墙体面坡、背坡、基地坡及排水孔的限定；
A3、最后把绘制好的图纸，按照比例放大，按照挡土西墙结构图在目标高陡岩质边坡下建造。
本发明的技术效果和优点：
本发明与传统消能棚硐防护措施相比，多级消能系统解决高位崩塌防治难题，通过消能区、缓冲区以及拦挡区，从而有效控制高位崩塌灾害性，本设计根据理论计算，就地取材，施工方便快捷，无需大型设备，解决了高位崩塌施工措施难度大的问题，节约了施工成本。
本发明与崩塌落石拦截结构相比，设计易修复，可以长期稳定地作为崩塌灾害防治措施，推动了高位崩塌科学化、规范化、标准化和行业技术进步，有效保障了受地质灾害威胁的人民群众生命安全，最大限度降低地质灾害对人民群众生命的危害，对提升地方安全形象、促进旅游经济进一步发展有重要支撑作用，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的高陡岩质边坡崩塌多级消能系统防治方法的流程框图；
图2为本发明的高陡岩质边坡崩塌多级消能系统图；
图3为本发明的多级消能处理方法图；
图4为本发明的高陡岩质边坡崩塌多级消能防治体系图；
图5为本发明的崩塌落石运动轨迹示意图；
图6为本发明的高陡岩质边坡崩塌一级消能结构图；
图7为本发明的柔性加筋石笼挡土墙结构详图；
图8为本发明的拦石墙结构设计图。
1、崩塌危岩体；2、石笼挡土墙；3、缓冲层；4、锚杆；5、整体钢塑格栅；6、乔木林；7、拦石墙；8、钢性格栅；9、轮胎；10、公路；11、房子； 12、连接筋；13、整体加筋格栅专用锁扣；14、落石槽；15、原始地面线。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例，虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制，相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
应注意到，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论，
本申请实施例可以应用于计算机系统/服务器，其可与众多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作，适于与计算机系统/服务器一起使用的众所周知的计算系统、环境和/或配置的例子包括但不限于，个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户机、厚客户机、手持或膝上设备、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络个人电脑、小型计算机系统﹑大型计算机系统和包括上述任何系统的分布式云计算技术环境，等等。
计算机系统/服务器可以在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令 (诸如程序模块)的一般语境下描述，通常，程序模块可以包括例程、程序、目标程序、组件、逻辑、数据结构等等，它们执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型，计算机系统/服务器可以在分布式云计算环境中实施，分布式云计算环境中，任务是由通过通信网络链接的远程处理设备执行的，在分布式云计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备的本地或远程计算系统存储介质上。
实施例1
本发明提供了一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统及防治方法包括一级消能模块、二级消能模块及三级消能模块，所述一级消能模块是用于对高陡岩质边坡高位崩塌的落石进行初级消能，采用设计缓冲层方法，所述二级消能模块用于对高陡岩质边坡高位崩塌的落石进行中级消能，采用控制崩塌落石运动轨迹，降低落石动能，所述三级消能模块用于对高陡岩质边坡高位崩塌的落石进行终级消能，采用建设拦石墙对高位崩塌落石进行最后的消能处理。
所述多级消能处理方法包括有建设石笼加筋挡土墙和缓冲层组成消能结构的缓冲层、利用乔木林进一步拦截消散崩塌落石能量及用钢构格栅和拦石墙进行拦挡；
具体包括下列步骤
101、首先勘察山体现象，采集崩塌体地形地貌、崩塌体范围以及大小、破坏模式、变形破坏历史数据；
本实施例中，需要具体说明的是所述崩塌体地形地貌就是在陡峭山坡上岩石或土体在自身重力作用下，发生急剧的倾落运动，因崩塌下落的岩石、土体运动冲力对山坡下植被、人及车辆均造成不可控危害，而落下的岩石、土地会在山坡底部形成锥形地貌，所述崩塌体范围一般指崩塌体自山坡顶部崩塌运动轨迹设计的范围为崩塌体范围，通常采用检测仪器采集崩塌体长、宽、深度、冲击力、运动时间等参数，以此来确定崩塌体范围及大小，所述破坏模式通过对于高陡边坡发生的破坏机制，建立数学力学模型，分析崩塌体发生条件，破坏模式一般包括有崩塌、流动、倾倒及滑动类型，所述变形破坏历史数据能够正确反映岩土体固有变形特性，一般采用现场测量的数据进行岩土体的稳定性评价，利用计算机编码程序进行计算变形数。
102、利用计算机机器学习技术，分析采集数据，构建崩塌落石的轨迹方程；
本实施例中，需要具体说明的是所述机器学习是设计多领域学科，通过计算机模拟实现人类学习运算行为，以获取新的知识和运算新算法的智能研究程序，把采集到的数据进行数据输入、数据分析、建立数学模型，通过建立的数学模型带入运算公式进行运算，所述数据输入通常包含有人工测量数据手动输入计算机、利用爬虫技术对各大网址存在对应的数据进行收集，所述数据分析，利用计算机程序对比分析，参数值的变量影响因素效果进行模型构建，一般可采用计算机编程代码进行模拟数据分析如
#单个参数值影响效果
data_filer["BufferCounter"].unique()
#所有参数值
list(data_filer.columns)
#关键参数提取
data_filer＝data_filer.dropna(subset＝["Latitude"])
#缺失值处理
ms.matrix(data_filer)
RX＝np.mean(data_filer["RX"])
pata_filer["RX"].fillna(RX,inplace＝True)
#分析各个属性之间的关系
X_City＝pd.get_dummies(X["City"])
X＝pd.concat([X,X_City],axis＝1
X＝X.drop(["City"],axis＝1)。
103、然后根据轨迹方程进行运算，依据物体运动的能量守恒，进行撞击换算能量损失。
本实施例中，需要具体说明的是所述能量守恒是根据物理学习中能量守恒定量而来，一般能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式能转换成另一种形式能，而总能量保持不变，在高陡岩质边坡高位崩塌的岩土体会受自身重力从高位向地位运动，产生动能，当岩土体撞击到山体或是树木丛，动能在两者之间转换，山体与树木承受一部分能量，则岩土体的动能相对就减少一部分能量，所述换算能量损失就是根据岩土体运动速度产生能量转移到山体、树木丛接收的能量。
104、最后根据计算机运算结果，采取方案方法对崩塌落石进行逐级消能处理。
本实施例中，需要具体说明的是所述计算机运算结果是通过计算机中采用的计算公式对与岩土体高位崩塌产生的能量进行数据反馈，然后根据崩塌体在产生能量同时带来的危害，采取措施进行控制崩塌体运动产生的能量。
本实施例中，需要具体说明的是通过现场调查，分析崩塌体地形地貌、崩塌体范围以及大小、破坏模式、变形破坏历史，可以了解落石在空间运动时的任何位置，以此确定消能构筑物的合理位置和尺寸，所述消能构筑物是对于在高陡岩质边坡高位崩塌体冲力作用下防止或减轻破坏的工程建设，目的是为了消耗高位崩塌体的能量，确定消能构筑物的合理位置和尺寸是通过计算出高位崩塌体运动轨迹进行消能建设，所述运动轨迹一般采用运动学原理，根据高位崩塌体轨迹，带入方程计算，如
Figure RE-GDA0003993026830000101
坠地瞬时的速度v(i+1)x和v(i+1),
Figure RE-GDA0003993026830000102
式中vix、v(i+1)x以及viy、v(i+1)y表示崩塌体X、Y离开母岩初始速度、坠地瞬时的速度；
xi、xi+1以及yi、yi+1表示崩塌体X、Y离开母岩初始位移、坠地瞬时的位移；
H—石块坠落高度(m)；g—重力加速度(m/s2)；
α—山坡坡度角(度)；K—石块沿山坡运动受一切有关因素综合影响的阻力特性系数；
所述坠地瞬时的速度理解为瞬时速度，指崩塌体在某一时刻坠落到地面的速度，瞬时速度是矢量，既有大小又有方向，一般用崩塌体坠地瞬间的微小位移比上对应崩塌体移动位移的无限小时间，通过判断瞬时速度来对崩塌体进行计算，所述石块沿山坡运动受一切有关因素综合影响的阻力特性系数一般是根据崩塌体在运动轨迹中所经过阻力的大小比上崩塌体与空气的流动压差来确定，所述石块沿山坡运动受一切有关因素综合影响的阻力特性系数根据崩塌体的运动轨迹的形式不同，角度不同，石块沿山坡运动受一切有关因素综合影响的阻力特性系数值大小不同。
本实施例中，需要具体说明的是所述崩塌体的轨迹通过方程运算，利用能量守恒定律，崩塌体在碰撞过程中，产生的能量系统所具有的最大变形能等于相对动能的损失，所述最大变形能在外力作用下因变形而储存的能量称为变性能，在崩塌体运动过程中，收到撞击的外力产生变形而贮存的能量值，基于冲击形迹建立能量，建立如下公式
Figure RE-GDA0003993026830000111
Figure RE-GDA0003993026830000121
Figure RE-GDA0003993026830000122
Figure RE-GDA0003993026830000123
Figure RE-GDA0003993026830000124
式中Ui表示崩塌体碰撞前能量；We表示缓冲层吸收的能量；cu表示缓冲层的均匀压缩系数，A表示碰撞接触面积；Zs为陷入缓冲层深度；Pmax表示最大冲击力；vei表示碰撞后崩塌体速度；Zs为缓冲层陷入最大深度；Hmax表示弹跳高度；
所述均匀压缩系数是用来描述平均压缩性大小的物理量，一般用物体的圧缩曲线反映崩塌体受压后的压缩特性，一般系数的取值跟崩塌体的形状、成分、状态及受力情况有关，其系数取值为压缩试验所得e-p曲线上某一压力段的割线的斜率，根据所述能量守恒定律，能利用崩塌体冲击行迹的能量公式计算出崩塌体在运动轨迹中动能的损失量。
本实施例中，需要具体说明的是根据运算公式计算的结果，采取所述高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统中的一级消能模块，所述一级消能模块则通过建设缓冲层对崩塌体进行初级消能，具体采用石笼加筋挡土墙+缓冲层组成消能结构，格宾石笼截面尺寸为2×1×1m，其具有更优于EN10223-3标准中所述网箱的力学性能，为增进石笼间的整体性能，在石笼间设有60cm的Ф 32竖向插筋，间距20cm，其中点与铁丝面绑扎连接，格宾石笼内填料就地取材，石块应容重大、坚硬且不易风化，加筋材料选择整体钢塑格栅，每层间距1.0m，要求以冷拉碳素弹簧钢丝、聚乙烯等高分子聚合物为主要原料，加入一定量的抗紫外线、防老化助剂及其它增强改性物质，经挤出、复合的钢塑复合条带经向、纬向整体加工成型，另外间隔2m原坡面岩体中设置至少3m 长锚杆，通过φ32钢筋与石笼挡墙连接，进一步提高挡土墙稳定性，挡土墙顶部1-2m范围设置缓冲层，缓冲层主要EPS泡沫板+细砂组成，EPS泡沫板位于细砂下部，EPS泡沫板厚度与细砂厚度比为1:2；
所述一级消能模块采用设计缓冲层技术手段，通过崩塌体失稳后空间运动轨迹以及能量分析，使得崩塌落石弹跳高度Hmax不大于1.0m，从而确定缓冲层厚度Zs以及消能结构级数,这样控制了崩塌落石运动轨迹，这样崩塌危害范围大大降低。
本实施例中，需要具体说明的是所述二级消能模块是在所述一级消能模块采取方案措施下进一步对崩塌体进行消能处理，也是让高位崩塌体在运行轨迹中出现缓冲区，具体采用方法为通过乔木林进一步拦截消散崩塌落石能量，控制崩塌落石运动轨迹，让崩塌体运动轨迹以滚落为主，根据能量守恒定律，充分利用木材的冲击韧性T，根据木材力学性能，通过一次冲击试验法测定木材得冲击韧性T，针叶木材冲击韧性T为17.9-67.5kJ/m2，阔叶木材T 为16.0-182.2kJ/m2，
建立如下公式
Figure RE-GDA0003993026830000131
式中vn表示崩塌落石最终出缓冲区速度；vei表示崩塌落石进入缓冲区速度(碰撞后崩塌体速度)；Hn表示缓冲区高差，T表示木材的冲击韧性；n为乔木林设置排数；m表示崩塌体质量；
所述控制崩塌落石运动轨迹，是根据上述计算公式，最终使得vn≤5m/s，从而确定乔木林排距以及乔木林胸高直径，对于已生长在崩塌斜坡天然乔木，通过大比例尺测量以及现场调查，得到天然乔木林的胸高直径、树木间距，斜坡区高差、长度以及坡度等，从而计算通过缓冲区崩塌落石能量的损失，最终确定崩塌落石最终出缓冲区速度vn，为拦石区设计与计算提供条件。
本实施例中，需要具体说明的是所述三级消能模块是基于一级消能模块与二级消能模块的过程后，对高位崩塌体进行最后一级消能处理，采取方法是建立拦石墙，这是依据崩塌体最大冲击力的撞击理论而来，一般是基于 Hertz碰撞理论可知，碰撞时的最大冲击力Pmax为
Figure RE-GDA0003993026830000141
式中Fmax表示拦石墙最大冲击力；E2表示轮胎的弹性模量；u2表示轮胎的泊松比；r1表示崩塌落石的半径，m1表示崩塌体质量，en表示回弹系数；
根据理论计算确定拦石墙最大冲击力，从而确定缓冲层轮胎排数n以及挡土墙的尺寸，所述三级消能模块采用建设拦石墙，具体采用钢构格栅和拦石墙进行拦挡，根据计算结果，拦石墙采用浆砌片石浇筑，背坡直立，挡土墙最高3.0m，顶宽1.0m，底宽1.6m，墙体面坡坡比为1:0.20，钢构格栅总长度24m，高度3.5m，基础埋深1.0m，钢构格栅有效高度2.5m，立柱间距1.2m，立柱采用16号型钢，间距1.2m，横梁钢筋φ25，间距15cm，表面安置勾花铁丝网。
本实施例中，需要具体说明的是，所述建设挡土墙具体的建设步骤如下：
步骤1：首先利用现有技术设备对目标高陡岩质边坡高位崩塌的滚动轨迹做出数据处理，计算出所述三级消能模块中建设的挡土墙的位置及尺寸；
步骤2：通过计算机绘画技术，对挡土墙进行一定比例绘制，把需要建设的挡土墙先模拟绘制其需要墙体面坡、背坡、基地坡及排水孔的限定；
步骤3：最后把绘制好的图纸，按照比例放大，按照挡土西墙结构图在目标高陡岩质边坡下建造。
所述建设挡土墙的目的是针对传统棚硐缓冲层进行改进，有对危岩尽心系统性防护，适应面较广泛，对一般性危岩或者零星掉块，高位危岩以及大型崩塌实用性较好，防护效果较好，功能性也更广。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统，其特征在于：包括一级消能模块、二级消能模块及三级消能模块，所述一级消能模块是用于对高陡岩质边坡高位崩塌的落石进行初级消能，采用设计缓冲层方法，所述二级消能模块用于对高陡岩质边坡高位崩塌的落石进行中级消能，采用控制崩塌落石运动轨迹，降低落石动能，所述三级消能模块用于对高陡岩质边坡高位崩塌的落石进行终级消能，采用建设拦石墙对高位崩塌落石进行最后的消能处理。
2.一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统，其特征在于：多级消能处理方法包括有建设石笼加筋挡土墙和缓冲层组成消能结构的缓冲层、利用乔木林进一步拦截消散崩塌落石能量及用钢构格栅和拦石墙进行拦挡；
具体包括下列步骤
S1、首先勘察山体现象，采集崩塌体地形地貌、崩塌体范围以及大小、破坏模式、变形破坏历史数据；
S2、利用计算机机器学习技术，分析采集数据，构建崩塌落石的轨迹方程；
S3、然后根据轨迹方程进行运算，依据物体运动的能量守恒，进行撞击换算能量损失；
S4、最后根据计算机运算结果，采取方案方法对崩塌落石进行逐级消能处理。
3.根据权利要求1—2任一所述的一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统的防治方法，其特征在于：通过现场调查，分析崩塌体地形地貌、崩塌体范围以及大小、破坏模式、变形破坏历史，可以了解落石在空间运动时的任何位置，以此确定消能构筑物的合理位置和尺寸，所述消能构筑物是对于在高陡岩质边坡高位崩塌体冲力作用下防止或减轻破坏的工程建设，目的是为了消耗高位崩塌体的能量，确定消能构筑物的合理位置和尺寸是通过计算出高位崩塌体运动轨迹进行消能建设，所述运动轨迹一般采用运动学原理，根据高位崩塌体轨迹，带入方程计算，如
Figure RE-FDA0003993026820000021
坠地瞬时的速度v(i+1)x和v(i+1),
Figure RE-FDA0003993026820000022
式中vix、v(i+1)x以及viy、v(i+1)y表示崩塌体X、Y离开母岩初始速度、坠地瞬时的速度；xi、xi+1以及yi、yi+1表示崩塌体X、Y离开母岩初始位移、坠地瞬时的位移；H—石块坠落高度(m)；g—重力加速度(m/s2)；α—山坡坡度角(度)；K—石块沿山坡运动受一切有关因素综合影响的阻力特性系数。
4.根据权利要求3所述的一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统的防治方法，其特征在于：所述崩塌体的轨迹通过方程运算，利用能量守恒定律，崩塌体在碰撞过程中，产生的能量系统所具有的最大变形能等于相对动能的损失，所述最大变形能在外力作用下因变形而储存的能量称为变性能，在崩塌体运动过程中，收到撞击的外力产生变形而贮存的能量值，基于冲击形迹建立能量，建立如下公式
Figure RE-FDA0003993026820000023
Figure RE-FDA0003993026820000031
Figure RE-FDA0003993026820000032
Figure RE-FDA0003993026820000033
Figure RE-FDA0003993026820000034
式中Ui表示崩塌体碰撞前能量；We表示缓冲层吸收的能量；Cu表示缓冲层的均匀压缩系数，A表示碰撞接触面积；Zs为陷入缓冲层深度；Pmax表示最大冲击力；vei表示碰撞后崩塌体速度；Zs为缓冲层陷入最大深度；Hmax表示弹跳高度。
5.根据权利要求3所述的一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统的防治方法，其特征在于：根据运算公式计算的结果，采取所述高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统中的一级消能模块，所述一级消能模块则通过建设缓冲层对崩塌体进行初级消能，具体采用石笼加筋挡土墙和缓冲层组成消能结构，格宾石笼截面尺寸为2×1×1m，其具有更优于EN10223-3标准中所述网箱的力学性能，为增进石笼间的整体性能，在石笼间设有60cm的Ф32竖向插筋，间距20cm，其中点与铁丝面绑扎连接，格宾石笼内填料就地取材，石块应容重大、坚硬且不易风化，加筋材料选择整体钢塑格栅，每层间距1.0m，要求以冷拉碳素弹簧钢丝、聚乙烯等高分子聚合物为主要原料，加入一定量的抗紫外线、防老化助剂及其它增强改性物质，经挤出、复合的钢塑复合条带经向、纬向整体加工成型，另外间隔2m原坡面岩体中设置至少3m长锚杆，通过φ32钢筋与石笼挡墙连接，进一步提高挡土墙稳定性，挡土墙顶部1-2m范围设置缓冲层，缓冲层主要EPS泡沫板和细砂组成，EPS泡沫板位于细砂下部，EPS泡沫板厚度与细砂厚度比为1:2。
6.根据权利要求3所述的一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统的防治方法，其特征在于：所述二级消能模块是在所述一级消能模块采取方案措施下进一步对崩塌体进行消能处理，也是让高位崩塌体在运行轨迹中出现缓冲区，具体采用方法为通过乔木林进一步拦截消散崩塌落石能量，控制崩塌落石运动轨迹，让崩塌体运动轨迹以滚落为主，根据能量守恒定律，充分利用木材的冲击韧性T，根据木材力学性能，通过一次冲击试验法测定木材得冲击韧性T，针叶木材冲击韧性T为17.9-67.5kJ/m2，阔叶木材T为16.0-182.2kJ/m2，
建立如下公式
Figure RE-FDA0003993026820000041
式中vn表示崩塌落石最终出缓冲区速度；vei表示崩塌落石进入缓冲区速度(碰撞后崩塌体速度)；Hn表示缓冲区高差，T表示木材的冲击韧性；n为乔木林设置排数；m表示崩塌体质量。
7.根据权利要求3所述的一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统的防治方法，其特征在于：所述三级消能模块是基于一级消能模块与二级消能模块的过程后，对高位崩塌体进行最后一级消能处理，采取方法是建立拦石墙，这是依据崩塌体最大冲击力的撞击理论而来，一般是基于Hertz碰撞理论可知，碰撞时的最大冲击力Pmax为
Figure RE-FDA0003993026820000042
式中Fmax表示拦石墙最大冲击力；E2表示轮胎的弹性模量；u2表示轮胎的泊松比；r1表示崩塌落石的半径，m1表示崩塌体质量，en表示回弹系数。
8.根据权利要求3所述的一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统的防治方法，其特征在于：所述建设挡土墙具体的建设步骤如下：
A1、首先利用现有技术设备对目标高陡岩质边坡高位崩塌的滚动轨迹做出数据处理，计算出所述三级消能模块中建设的挡土墙的位置及尺寸；
A2、通过计算机绘画技术，对挡土墙进行一定比例绘制，把需要建设的挡土墙先模拟绘制其需要墙体面坡、背坡、基地坡及排水孔的限定；
A3、最后把绘制好的图纸，按照比例放大，按照挡土西墙结构图在目标高陡岩质边坡下建造。
9.根据权利要求1所述的一种高陡岩质边坡高位崩塌多级消能系统的防治方法，其特征在于：包括崩塌危岩体(1)、石笼挡土墙(2)、缓冲层(3)、乔木林(6)、拦石墙(7)、轮胎(9)、公路(10)及房子(11)，所述石笼挡土墙(2)是由锚杆(4)、整体钢塑格栅(5)、连接筋(12)及整体加筋格栅专用锁扣(13)组成，所述缓冲层(3)是由EPS泡沫板和细沙构成，所述(7)是由钢性格栅(8)、轮胎(9)、落石槽(14)及原始地面线(15)组成。
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