1.背景介绍

近年来，频发的滚石灾害对位于山区的交通干线、 输油(气)管线等造成严重威胁。若在山区基础设施规划阶段，通过对滚石冲击原始地面压痕形态等信息详细调查，量化滚石冲击力大小，将为滚石灾害的防治设计及风险管控提供重要依据。

图 滚石斜向冲击土体示意图

2.研究内容

成都理工大学王东坡教授研究团队基于能量守恒原理，引入能量比例系数，考虑滚石冲击角度，提出了滚石冲击土体的最大冲击力计算方法。通过物理模型试验，研究了滚石特征参数、动力学参数及土体性质参数对能量比例系数的影响，建立了滚石冲击力计算模型并验证了模型的可靠性。 

图 滚石冲击试验平台

滚石冲击试验平台主要由三部分构成：滚石释放装置、土体模型箱以及数据采集装置。其中，滚石释放装置又分为滑槽和液压系统两个部分，土体模型箱由铁皮箱、土料构成，数据采集装置由两台千眼狼5KF20高速摄像机（1920×1080@3000fps）、一台笔记本控机、以及同步控制线组成。

图 滚石冲击运动全过程

3.研究结论

 本研究基于能量守恒原理，结合滚石冲击土体物理模型试验结果，引入并推导了能量比例系数的无量纲经验公式，以此提出了滚石冲击力计算方法，并将计算结果与实测结果进行了对比验证。主要结论如下：

（1）基于能量守恒原理，引入能量比例系数，构建了考虑滚石质量的滚石冲击力计算方法，该方法适用于滚石冲击土体等颗粒材料时最大冲击力的计算。

（2）滚石冲击土体物理模型试验结果表明：滚石冲击加速度受滚石特征参数、动力学参数及土体性质参数的影响；能量比例系数与滚石质量、冲击速度、冲击角度呈负相关关系，与滚石尺寸、土体密度以及类抗压强度呈正相关关系。

（3）基于物理模型试验结果，采用量纲分析法及多元非线性回归分析法，建立了能量比例系数的无量纲经验公式，进而构建了滚石冲击力计算模型。基于此，对比分析了大尺度滚石冲击试验冲击力试验值与计算值。结果表明：计算值与试验值有较好的一致性，最大误差约为 15.18%。

4.行业应用总结

 我国幅员辽阔，地形复杂多样，地质探索从未停止，高速摄像机在地质勘测，矿石研究，地质灾害（滑坡、泥石流等）、基建规划等的研究领域有着广泛的应用。在研究中，根据使用需求，可以多台相机组网形成多目视觉，达到观测更准，信息更全的目的。