崩塌滚石灾害的力学机理与防治技术*

何思明 王东坡 吴永 欧阳朝军

①研究员，中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室，中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，成都610041；中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心，北京 100101；②博士，成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059；③助理研究员，④副研究员，中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室，中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，成都 610041

*国家自然科学基金(41272346)、国家重点基础研究发展计划(973计划)(2013CB733201)和“十二五”国家科技支撑计划(2011BAK12B03)资助

崩塌滚石灾害的力学机理与防治技术*

何思明①王东坡②吴永③欧阳朝军④

①研究员，中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室，中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，成都610041；中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心，北京 100101；②博士，成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059；③助理研究员，④副研究员，中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室，中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，成都 610041

*国家自然科学基金(41272346)、国家重点基础研究发展计划(973计划)(2013CB733201)和“十二五”国家科技支撑计划(2011BAK12B03)资助

崩塌滚石；灾害；形成 ; 防护技术；试验示范

崩塌滚石灾害是中国西部山区一种常见的地质灾害类型，具有突发性和随机性的特点，是山区地质灾害防治的难点和薄弱环节。针对中国崩塌滚石灾害基础研究薄弱，减灾关键技术研发能力不足的问题，开展了崩塌滚石灾害形成条件与形成力学机理的研究，研发了系列耗能减震崩塌滚石灾害防治的新技术。结合汶川地震、芦山地震崩塌滚石灾害防治难题，建设了崩塌滚石灾害防治新技术的试验示范区，并取得了良好的防护效果，为地震灾后重建和崩塌滚石灾害防治新技术的推广应用发挥了重要的示范作用。

崩塌滚石灾害是世界范围内高山峡谷地区一种常见的地质灾害，它是在陡峻斜坡上发生的一种突然而又剧烈的动力地质现象。斜坡上的不稳定岩土体在重力、地震、降雨或其他外力作用下，突然向下崩落，在运动过程中翻滚、跳跃、相互撞击、崩解，最后堆积于斜坡坡脚，并通过冲击、掩埋等方式对斜坡下方的公路、铁路、防护建筑等构造物构成严重威胁。崩塌形成的滚石粒径大小从几厘米到几米，甚至十几米，有的滚石质量高达几百吨，冲击速度高达几十米每秒，具有非常强大的冲击破坏能力。崩塌滚石灾害在我国还具有分布范围极广，发生突然、频率高，防不胜防的特点，已成为继滑坡、泥石流灾害之后的又一重大山地地质灾害[1-5]。

近年来，我国崩塌滚石灾害频发，造成重大人员伤亡和财产损失，已逐渐引起人们的高度重视。2007年5月25日，一辆中型客车从石棉县开往汉源县的途中，在国道108线石棉段被山上的滚石击中车体，随后滑下近10 m高的斜坡，造成9人死亡、14人受伤的重大安全事故。2007年11月20日，宜万铁路高阳寨隧道发生岩崩，巨大的滚石将一辆从上海返回湖北利川的客车填埋，造成31人死亡的特大事故。特别是2008年“5·12”汶川特大地震诱发大规模的崩塌滚石灾害，造成重大人员伤亡和基础设施破坏(图1～4)。比如：位于地震极重灾区的北川中学由于后山发生大规模崩塌灾害，造成近1500师生死亡的教训(图4)；2009年7月25日都汶公路彻底关大桥桥墩被滚石砸断[6]，致6人死亡并造成都汶公路中断(图5)。2012年9月7日，彝良地震诱发大量的滚石灾害[7]，在已公布的81名遇难者中，被山上飞落而下的滚石砸中的遇难者占80%。2013年4月20日，芦山地震中的崩塌滚石灾害也是地震诱发的主要次生山地灾害类型[8](图6)。

图1 汶川地震诱发滚石灾害

图2 巨型滚石对道路冲击

图3 滚石砸穿隧道

图4 北川中学后山崩塌滚石灾害

图5 滚石对彻底关大桥的破坏

图6 S210线芦山－宝兴段崩塌灾害

国内外对于崩塌滚石灾害的防治方法可分为两大类[9-10]：主动防护和被动防护。主动防护可分为加固法、清除法和绕避法。其中加固法包括危岩锚固、坡面固网、锚喷、支撑、嵌补、排水等；清除法包括清除个别危岩、削坡等；绕避法线路改道、修建隧道、搬迁建筑等。被动防护可分为拦截法、疏导法、警示与监测法。拦截法包括落石平台、落石槽、拦石网、挡石墙、拦石堤、拦石栅栏、明洞或防滚石棚等；疏导法包括疏导沟、疏导槽等；警示与监测法包括巡视、警告牌、滚石运动监测、电棚栏、雷达和激光监测等。近年来，瑞士布鲁克公司研发的柔性防护网为崩塌滚石的防治提供了一种简单有效的防治方法。柔性防护网对于表面岩石破碎、坡面无茂密的树林和灌木的边坡效果较好，它可以采用被动防护的方式拦截危岩、缓冲消耗掉危岩向下运动产生的动能，也可以采用主动防护的方式，直接对危岩进行“捆绑式”的约束。最为典型的是WICCO 型、ROCCO 型以及 GBE 型三种防护网技术，这三种技术针对不同的落石灾害发挥着独有的技术优势，大大降低了各种落石灾害造成的经济财产损失。

崩塌滚石灾害具有超强的动力特性，对沿程构筑物造成巨大的冲击破坏[6-8,11-12]。滚石一旦启动后，其在坡面上的运动规律是减灾防治必须关注的重点。Spadari等[13](2012)在澳大利亚新南威尔士开展了滚石的原位坡面试验；何思明等[14-15]研究了滚石坡面冲击回弹特性，建立了滚石法向恢复系数、切向恢复系数的计算方法以及滚石坡面运动轨迹预测方法；此外，美国科罗拉多大学还开发了ROCKFALL软件用于预测滚石坡面运动轨迹。研究崩塌滚石灾害与承灾体之间的动力相互作用，揭示崩塌滚石灾害对承灾体的冲击破坏机理，是研究崩塌滚石灾害易损性和工程结构防冲击优化设计的理论基础。由于崩塌滚石灾害对承灾体的冲击破坏涉及复杂的动力作用和能量转化，国内外对此的研究工作还比较少，而且类似工作的重点都放在雪崩与防护结构的动力相互作用方面。例如：Teufelsbauer等[16]采用室内水槽模型试验和离散元方法研究了雪崩与防护结构的动力相互作用；Thibert[17]在法国阿尔卑斯山区开展了雪崩对防护结构的原型冲击试验研究。Salciarini[18]、Li 和 He[19]采用离散元(DEM)方法研究了土挡结构防御崩塌体的有效性，其中崩塌体采用不同粒径的圆盘组合体代替，颗粒之间的相互作用采用摩擦-接触模型模拟，揭示了崩塌体、坡面以及土挡结构的几何形态及其强度参数对崩塌体动力过程及其防治效果的定量影响。Plassiard等[20]采用PFC方法研究了土挡的优化设计；Kishi[21-23]、何思明[24-25]、王东坡[26-27]、Delhomme[28]、Mougin[29]采用弹塑性接触理论、动力有限元方法和试验方法等研究了滚石对棚洞结构、桥墩、路面等结构的冲击破坏。

随着全球气候变暖，地震活动渐强，人类工程活动加剧，我国滚石灾害的活动性、发生频率与规模都将大幅上升，未来我国滚石灾害减灾形势将异常严峻。然而，目前我国滚石灾害研究基础还比较薄弱，减灾防灾能力还难以满足国家经济建设和公共安全的需要。具体体现在以下几个方面：

(1)缺乏危岩失稳的宏细观判据。难以对潜在的滚石灾害做出预判，应从宏细观尺度上研究静、动荷载作用下岩体裂隙从行核—扩展—贯通到失稳破坏的动力演化机理，在此基础上构建危岩失稳的宏细观准则是滚石灾害研究所急需解决的重大科学问题。

(2)滚石灾害与承灾体的动力相互作用及其易损性评价的研究亟待突破。分布于滚石灾害多发区的各种构筑物(房屋建筑、交通工程、水电工程、输油气管线等)与滚石灾害防护工程常常遭受滚石的高速冲击，导致结构损伤和破坏。由于其相互作用涉及复杂的弹塑性变形、断裂与损伤、短历时的能量转化等，现阶段相关的研究成果还很有限，难以满足国家经济建设和防灾减灾的迫切需求。

(3)滚石灾害风险评估的可靠性需要进一步提升。风险评估是保障山区重大工程和社会公共安全的重要手段，而传统的山地灾害风险评估一般基于经验性的判断或概率统计模型方法，可靠性较低。目前国际前沿是基于物理模型的定量风险评估研究，开展基于滚石灾害动力过程的定量风险评估研究是滚石灾害减灾的关键性突破点。

因此，科学地认识滚石灾害的形成演化规律，发展有效的减灾关键技术，是我们面临的一个重大课题。

1 崩塌滚石灾害的形成条件

崩塌滚石灾害的形成要具备斜坡地形地貌、地层岩性与结构面三方面的条件，诱发因素包括地震、降雨与人类活动等等。

(1)崩塌滚石灾害形成的地形地貌特征

崩塌滚石灾害多发生在45°以上的急陡坡和陡崖上。据大范围的调查统计，崩塌滚石发生的最佳地形坡度是55°～70°，70°以上的陡崖则是滚石(坠落)发生的最佳坡形。陡坡上突出的陡崖和山脊上凸出的山咀(又称探头崖)是崩塌和滚石发生的最佳微地貌形态。

滚石则是坡面的单块近球状形态的块石沿坡面向下的滚动现象。发生的地形坡度在40°以上。当陡坡面上的孤立近球状岩块，在地震和长期降雨作用下，岩块的自重下滑分力大于岩块与坡面岩土的摩擦力时，岩块便立即滑移启动，导致滚动。

(2)崩塌滚石灾害形成的地层岩性特征

软岩类岩、土(黏性土)是滑坡形成的主要物质，而较坚硬的脆性岩是崩塌、滚石形成的主要物质。如砂岩、石灰岩、花岗岩、玄武岩、白云岩、白云质灰岩、板岩等。这些岩体岩性较坚硬，抗风化能力较强，易形成陡崖、山咀，但性脆，在重力和振动作用下，陡崖边、山咀上易发生沿节理裂隙的张裂和岩体卸荷碎裂。这为崩塌滚石灾害的发生提供了条件。

(3)崩塌滚石灾害形成的结构面条件

控制滑坡形成边界(滑动面)的结构面(优势结构面)一般有2～3组，滑坡启动滑移后在结构面上留下擦痕；而崩塌的形成不具备这个特征，崩塌滚石灾害的形成只需两组陡倾节理，构成“X”型，再加上一组近水平的缓倾节理，即可使崩塌岩体与母岩脱离形成崩塌滚石灾害。

(4)地震对崩塌滚石灾害形成的作用

地震对崩塌滚石灾害形成的作用表现在地震上下振动时，将可能发生崩塌的岩体振松；左右剧烈晃动时，将可能崩塌的岩体折断，并向临空方向推举、抛出。

(5)水对崩塌滚石灾害形成的作用

水对崩塌滚石灾害形成的作用主要体现在地表水、河水对坡脚的冲刷作用，使坡脚悬空产生崩塌；水渗入可能崩塌体的裂缝中，产生较大的水劈和冰劈作用(冬天裂缝中的水产生冻结，体积增大，使岩体裂缝增大加深)。

(6)人类活动对崩塌滚石灾害形成的作用

人类工程活动也是崩塌滚石灾害形成的主要诱发因素，如工程施工扰动下，岩体中原有的平衡状态被打破，引起岩体内的应力重分布，促使岩体内裂隙不断累积和发展，进而产生宏观断裂，导致岩体发生破坏失稳，最终形成崩塌滚石灾害。

2 崩塌滚石灾害形成的力学机理

上节所述，强烈地震、暴雨以及人类工程开挖是诱发危岩崩塌的主要诱发因素，在外界作用扰动下，裂隙岩体应力发生重分布，导致岩体裂隙扩展—贯通进而引发崩塌滚石灾害的发生。何思明等[30](2012)、吴永等[31](2011)、张正波等[32](2013)从断裂力学的角度研究了不同类型扰动荷载下崩塌滚石灾害形成的机理。

2.1 地震诱发岩体崩塌滚石灾害的机理

拉剪复合型破坏是地震诱发岩体裂缝扩展的主要形式，应用断裂力学理论可以确定危岩体裂隙失稳的判据：

式中：ay为导致裂缝扩展的临界地震加速度，下标“y”表示“yield”；KIC为岩体应力强度因子；β是地震波入射方向与裂缝的夹角；m是对应裂缝段宽度的岩体质量；φ为断裂角，即裂纹扩展方向与裂缝的夹角；ξ为几何尺度系数。

图7 地震荷载下不同坡向危岩体的稳定性分析

如图7所示，震区的岩体随时程的变化而不断处于拉剪和压剪破坏之中，但总体破坏门槛较低的拉剪破坏仍是各类岩体失稳的主因之一。不同位置边坡在拉剪破坏中裂缝的扩展方向不同，迎坡面的拉剪裂缝一般易向内部扩展，不易形成崩塌滚石，背坡面则向外扩展有临空面存在，很容易形成崩塌滚石灾害，这也从理论上解释了崩塌灾害发生的方向性效应。

2.2 降雨诱发崩塌滚石灾害的力学机理

危岩裂缝扩张到一定深度后，降雨充填到裂隙内可能导致裂缝失稳扩张(图8)，采用断裂力学理论确定了引发危岩裂隙扩展的临界深度计算公式：

式中：hy为降雨引发裂缝扩展的裂缝临界深度，下标“y”也即“yield”；KIC为岩体应力强度因子；γw为水的重度。

图8 危岩裂隙水压致裂的机理

然而，并非所有裂隙危岩在裂缝水压作用下都会扩展，只有裂缝深度达到临界深度时，裂缝充填的降水才能提供足够的动力促使裂缝扩展，并与下伏的软弱夹层贯通，最终形成崩塌滚石灾害(图9)。

图9 降雨引发危岩崩塌滚石灾害的模型

2.3 开挖卸荷作用下崩塌滚石灾害形成的力学机理

图10 开挖卸荷引发岩体扩展的计算模型

图11 压-剪荷载下裂纹扩展方向

岩体开挖卸荷作用导致岩体应力重分布(图10)，使得处于压剪状态的岩体内部原生裂隙失稳扩展，发生卸荷损伤(图11)。以岩体断裂力学为基础，考虑岩体开挖卸荷作用的三种模式：①围压卸荷作用；②大主应力与围压同时卸荷作用；③主应力方向旋转卸荷作用。采用岩体压–剪断裂理论研究这三种卸荷模式下岩体裂隙扩展的条件，得出岩体裂隙开挖卸荷扩展的机理。研究结果表明：处于稳定状态的岩体裂隙，在开挖卸荷作用下，可能导致裂隙失稳扩展，进而引发岩体开挖卸荷损伤。开挖卸荷作用引发岩体裂隙的扩展、融合是导致岩体失稳破坏的关键。

3 崩塌滚石灾害防治的关键技术

3.1 基于金属耗能器的新型棚洞技术

棚洞结构是最为有效的滚石灾害防护工程措施之一。传统棚洞在棚洞顶板覆盖一定厚度的砂砾石垫层来有效吸收滚石的冲击能量，减轻滚石冲击荷载对防护结构的冲击。然而，垫层过厚使得棚洞结构自重大，导致建设成本过高，从而制约其推广应用。为此，提出一种基于耗能减震技术的新型滚石棚洞结构，通过在棚洞支座处增设耗能减震器(SDR)替代砂石垫层吸收滚石的冲击能量，改变棚洞结构体系的刚度，以便最大限度地达到耗能减震、降低结构自重的目的。同时，构建非线性质量弹簧体系模型来模拟滚石冲击荷载下棚洞结构的动力响应，利用能量法分析了新型耗能减震棚洞的防滚石抗冲击机理，为新型耗能减震滚石棚洞的结构设计提供理论基础(图12和图13)。

图12 耗能减震滚石棚洞的结构模型

3.2 滚石防护棚洞EPS复合耗能垫层结构技术

图13 耗能减震滚石棚洞的质量弹簧体系模型

棚洞垫层可起到有效耗能缓冲作用。通过在棚洞顶板上铺设EPS+土层复合垫层结构，从而更大程度上耗散滚石冲击的能量。进一步研究其耗能减震机理可引入静力压痕试验，得到接触力与压痕在加载与卸载时的真实关系曲线；通过对真实曲线进行数值拟合，反演接触力与压痕所满足的关系式；将关系式带入到Olsson动力冲击控制方程中，通过数值软件Matlab对微分方程进行求解，最终得到棚洞顶板受到滚石冲击时的EPS垫层材料厚度、密度在滚石冲击过程中动力响应的理论解(图14)。

同时，研发了土工格栅+EPS复合耗能垫层结构(图15)。与传统垫层相比，新型垫层结构可降低50%以上的滚石冲击力，并通过土工格栅的垫层效应降低施加在棚洞板上的集中荷载，从而降低棚洞板的厚度和配筋率，减小工程投资。

4 崩塌滚石灾害防治工程的实例与示范

近年来，我们在崩塌滚石灾害研究方面取得的系列成果，引起了公路、铁路、水电、国土等部门的广泛兴趣，并已成功应用于汶川地震、芦山地震的灾后重建工程中，发挥了独特的作用，取得显著的经济效益和社会效益。

4.1 柔性轻钢棚洞滚石防护示范工程

图14 EPS复合耗能垫层结构的作用机理

图15 土工格栅+EPS复合缓冲垫层结构的作用机理

针对隧道进出口、桥隧结合处等崩塌滚石灾害的多发区，研发了一种新型柔性轻钢结构棚洞，并成功应用于都汶(都江堰—汶川)高速公路桃关隧道出口和都汶高速公路沙坪大桥桥面滚石防护工程。相对混凝土棚洞而言，柔性钢结构棚洞以钢结构钢架作为结构主体，铺设柔性防护网作为滚石防护层，其充分利用了柔性防护网“以柔克刚”的特点，增加了棚洞的采光度，减小运营时采光以及通风的成本，具有结构轻巧可靠、外形美观、施工便捷、应急能力强、造价经济、施工期间不妨碍交通正常运行等优点。经过近三年的工程实践表明，柔性轻钢棚洞取得了良好的滚石防护效果[33](图16)。

4.2 都汶公路彻底关大桥桥墩抗滚石冲击防护示范工程

都汶公路是进出“5·12”汶川地震极重灾区的生命通道，横跨岷江两岸的彻底关大桥桥墩在“5·12”汶川地震中被左岸崩落的滚石击中而倒塌，经过恢复重建，新建的彻底关大桥于2009年5月12日建成通车。2009年7月25日凌晨4：40左右，岷江右岸高位危岩发生大面积崩塌，巨石再次将彻底关大桥砸毁。经调查，岷江两岸山体存在多处危岩，极有可能再次发生滚石砸毁大桥的灾难性事件。为防止岷江右岸的潜在崩塌体形成的滚石灾害再次对彻底关大桥造成破坏，必须对可能遭受滚石冲击的彻底关大桥桥墩采取工程措施进行抗冲击被动防护。为此，一种新型桥墩滚石防护结构被提出，并对其在滚石冲击下的动力过程进行了模拟研究，分析过程中不仅考虑混凝土内部的横向和纵向钢筋，同时考虑了重力载荷下桥墩的应力应变分布。通过采用Winfrinth混凝土材料本构模型，并考虑混凝土的应变率效应及开裂破坏对混凝土强度的影响，计算结果表明：桥墩在承受滚石冲击荷载下，桥墩防护结构降低冲击力30%，桥墩防撞能力显著提高。据此设计的桥墩防护结构已付诸实施，效果显著。经过了5个雨季的考验，彻底关大桥目前运行良好[6]，如图17所示。

图16 都汶高速公路桃关隧道出口的柔性轻钢棚洞示范工程

图17 国道213线都汶公路彻底关大桥桥墩的滚石防护示范工程

4.3 芦山地震灾区S210线的轻钢结构滚石防护示范工程

2013年4月20日8：02在我国四川省雅安市芦山县爆发了里氏7.0 级地震。由于地震灾区位于我国西部山区，山高谷深，地质环境脆弱，地震灾害诱发大量次生山地灾害，以崩塌滚石灾害为主要灾害类型。据不完全统计，自“5·12”汶川特大地震以来，震后重建的S210线一年内因山体崩塌滚石造成交通中断超过了10次以上。“4·20”芦山地震诱发的崩塌滚石灾害将进出地震灾区的重要生命线工程S210线多处堵断，并造成多人伤亡，严重威胁行车安全，制约抗震救灾和灾后恢复重建。

S210线依山傍河而建，是芦山县至宝兴县的唯一公路通道。公路沿线山脉纵横，地表崎岖，崩塌滚石灾害极其发育。通过现场调查，芦山县思延乡到宝兴县穆坪镇的S210线上沿途共分布对省道直接构成威胁的崩塌滚石灾害34处，规模多为中小型崩塌滚石灾害，主要分布于公路转弯、斜坡陡坎等地段。

为此，研发了一种新型轻钢结构棚洞，该轻钢结构棚洞具有抗滚石冲击能力强、投资低，工厂加工现场组装，施工周期短，不影响正常交通，是一种理想的应急保通措施。通过动力有限元数值分析，揭示其作用机理并开展优化设计研究，在此基础上进行结构设计。目前新型轻钢结构棚洞已在S210线实施，效果显著，如图18所示[8]。

4.4 映秀—卧龙公路桥墩的抗撞击磨蚀防护工程示范

省道S303线映秀至卧龙公路是四川九环线的重要路段，是通往卧龙大熊猫自然保护区及四姑娘山的唯一道路，也是川西北小金、丹巴等县与省会成都最便捷的通道。汶川“5·12”地震中，省道S303线映秀至卧龙段遭到严重破坏，大量堰塞湖、泥石流、崩滑体等次生地质灾害掩埋、摧毁公路，映秀至耿达段几乎被彻底毁坏。灾后重建的映卧公路桥墩又受洪水携带的巨石撞击和冲击磨蚀损伤非常严重，直接威胁桥梁的整体安全(图19)。为此，研发了新型泡沫铝多层耗能减震结构用于桥墩的防护，确保桥墩在泥石流冲击荷载下的安全，并对S303映卧公路银厂沟2号桥及青岗坪渔子溪桥5根桥墩实施了泥石流冲击防护(图19)，效果十分显著。

图18 芦山地震灾区S210线的轻钢结构棚洞应急防护示范工程

图19 S303映秀－卧龙公路银厂沟2号桥的泥石流桥墩防护示范工程

5 结语

崩塌滚石灾害是我国山区最为常见的地质灾害类型之一，给山区基础设施建设和安全运营造成严重威胁，同时也给山区人民的生产生活产生极大的影响，因此，科学地认识滚石灾害的形成演化规律，发展有效的减灾关键技术，是我们面临的一个重大课题。近年来，我们致力于崩塌滚石灾害的形成演化机理与减灾关键技术的研究，在崩塌滚石灾害的形成条件、形成的力学机理、工程防治关键技术研发，以及防治试验示范建设等方面取得了显著的进展，为汶川地震灾后重建中崩塌滚石灾害的防治发挥了重要作用。

(2014年8月1日收稿)■

[1] 张路青, 杨志法. 公路沿线遭遇滚石的风险分析——案例研究[J].岩石力学与工程学报, 2004, 23(21): 3700-3708.

[2] 裴向军, 黄润秋, 裴钻, 等. 强震触发崩塌滚石运动特征研究[J]. 工程地质, 2011, 19(4): 498-504.

[3] 黄雨, 孙启登, 许强. 滚石运动特性研究新进展[J]. 振动与冲击, 2010, 29(10): 31-35.

[4] 秋仁东, 石玉成, 李罡, 等. 地震引发滚石灾害及其基本特征研究[J].地震研究, 2009, 32(2): 198-203.

[5] 沈均, 何思明, 吴永. 滚石灾害研究现状及发展趋势[J]. 灾害学, 2008, 23(4): 122-125.

[6] 何思明, 庄卫林, 张雄, 等. 都汶公路彻底关大桥桥墩抗滚石冲击防护研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2013, 34(S2): 3421-3427.

[7] 王东坡, 何思明, 葛胜锦, 等. “9·07”彝良地震诱发次生山地灾害调查及减灾建议[J]. 山地学报, 2013, 31(1): 101-107.

[8] 何思明, 王东坡, 程强, 等. S210线轻钢结构滚石防护棚洞动力响应与优化研究[J]. 灾害学, 录用, 待刊.

[9] VOLKWEIN A, SCHELLENBERG K, LABIOUSE V, et al. Rockfall characterisation and structural protection—a review [J]. Nat Hazards Earth Syst Sci, 2011, 11: 2617-2651.

[10] BAILLIFARD F, JABOYEDOFF M, SARTORI M. Rockfall hazard mapping along a mountainous road in Switzerland using a GIS-based parameter rating approach [J]. Nat Hazards Earth Syst Sci, 2003, 3: 435-442. doi:10.5194/nhess-3-435-2003.

[11] 何思明, 沈均, 罗渝. 滚石坡面法向冲击动力响应特性研究[J]. 工程力学, 2011, 28(6): 118-124.

[12] PLASSIARD J P, DONZÉ F V. Optimizing the design of rockfall embankments with a discrete element method [J]. Engineering Structures, 2010, 32: 3817-3826.

[13] SPADARI M, GIACOMINI A, BUZZI O, et al. In situ rockfall testing in New South Wales, Australia [J]. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 2012, 49: 84-93.

[14] 何思明, 吴永, 李新坡. 滚石冲击碰撞恢复系数研究[J]. 岩土力学, 2009, 30(3): 623-627.

[15] 何思明, 吴永, 杨雪莲. 滚石坡面冲击回弹规律研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2008, 27(S1): 2793-2797.

[16] TEUFELSBAUER H, WANG Y, CHIOU M C, et al. Flow–obstacle interaction in rapid granular avalanches: DEM simulation and comparison with experiment [J]. Granular Matter, 2009, 11(4): 209-220. doi: 10.1007/s10035-009-0142-6.

[17] THIBERT E, BAROUDI D, LIMAM A, et al. Avalanche impact pressure on an instrumented structure [J]. Cold Regions Science and Technology, 2008, 54(3): 206-215. doi:10.1016/ j.coldregions.2008.01.005.

[18] SALCIARINI D, TAMAGNINI C, CONVERSINI P. Discrete element modeling of debris- avalanche impact on earthfill barriers [J]. Physics and Chemistry of the Earth, 2010, 35(3): 172-181. doi: 10.1016/ j.pce.2009.05.002.

[19] LI X P, HE S M, LUO Y, et al. Discrete element modeling of debris avalanche impact on retaining walls [J]. Journal of Mountain Science, 2010, 7(3): 276-281.

[20] PLASSIARD J P, DONZÉ F V. Optimizing the design of rockfall embankments with a discrete element method [J]. Engineering Structures, 2010, 32(11): 3817-3826.

[21] KISHI N, IKEDA K, KONNO H, et al. Prototype impact test on rockfall retaining walls and its numerical simulation [C]// Proceedings of Structures under Shock and Impact IV, Cambridge, England, 2000: 351-360.

[22] BHATTIA A, KISHI N. Impact response of RC rock-shed girder with sand cushion under falling load [J]. Nuclear Engineering and Design, 2010, 240 (10): 2626-2632. doi: 10.1016/j.nucengdes.2010.07.029.

[23] KISHI N, KONNO H, IKEDA K, et al. Prototype impact tests on ultimate impact resistance of PC rock-sheds [J]. International Journal of Impact Engineering, 2002, 27: 969-985.

[24] 何思明, 沈均, 吴永. 滚石冲击荷载下棚洞结构动力响应[J]. 岩土力学, 2011, 32(3): 781-788.

[25] 何思明, 吴永. 新型耗能减震滚石棚洞作用机制研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2010, 29(5): 926-932.

[26] 王东坡, 何思明, 欧阳朝军, 等. 滚石冲击荷载下棚洞钢筋混凝土板动力响应研究[J]. 岩土力学, 2013, 34(3): 881-886.

[27] 王东坡, 何思明, 李新坡. 冲击荷载下EPS垫层棚洞耗能减震作用研究[J]. 四川大学学报, 2012, 44(6): 102-107.

[28] DELHOMME F, MOMMESSIN M, MOUGIN J P, et al. Behavior of a structurally dissipating rock-shed: experimental analysis and study of punching effects [J]. International Journal of Solids and Structures, 2005, 42(14): 4204-4219.

[29] MOUGIN J P, PERROTIN P, MOMMESSIN M, et al. Rock fall impact on reinforced concrete slab: an experimental approach [J]. International Journal of Impact Engineering, 2005, 31(2): 169-183.

[30] 何思明, 吴永, 李新坡. 强震荷载下裂缝岩体拉剪破坏机理[J]. 工程力学, 2012, 29(4): 178-183.

[31] 吴永, 何思明, 罗渝. 震后暴雨型岩质滑坡启动机理[J]. 岩土工程学报, 2011, 33(1): 135-138.

[32] 张正波, 王东坡, 何思明. 岩体裂隙开挖卸荷扩展机理研究[J]. 西藏科技, 2012(4): 59-63.

[33] 向波, 何思明, 欧阳朝军, 等. 都(江堰)—汶(川)高速沙坪大桥桥面柔性滚石防护技术研究[J]. 四川大学学报: 工程科学版, 2014, 46(2): 8-13.

Formation mechanism and key prevention technology of rockfalls

HE Si-ming①, WANG Dong-po②, WU Yong③, OUYANG Chao-jun④
①Professor, Key Laboratory of Mountain Hazards and Earth Surface Process, Chinese Academy of Sciences, Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences & Ministry of Water Conservancy, Chengdu 610041,China; CAS Center for Excellence in Tibetan Plateau Earth Sciences, Beijing 100101, China; ②Ph. D., State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China; ③Assistant Researcher, ④Associate Professor, Key Laboratory of Mountain Hazards and Earth Surface Process, Chinese Academy of Sciences, Institute of Mountain Hazards and Environment, Chinese Academy of Sciences & Ministry of Water Conservancy, Chengdu 610041, China

Rockfalls featured by burstiness and uncertainty are one of the most prevailing natural hazards in the mountainous regions of China. Research of the rockfalls disaster is relatively backward in China at present, and the key technology is insufficient in the field. In this paper, the formation dynamic evolution mechanisms of rockfalls were revealed based on the geological mechanical model, and the dynamic responses of rockfalls impact protective structure were studied. Furthermore, series energy consumption structures and materials were developed. These achievements were applied widely in various fields. Combining the demonstration projects, the technical system of rockfall preventions was established.

collapse rockfall, disaster, formation, prevention technology, experiment and demonstration

(编辑：沈美芳)

10.3969/j.issn.0253-9608.2014.05.004