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1、国内外落石防护体系 现状及发展趋势,报告人: 赵世春 教授 西南交通大学土木工程学院 2011.4,一.国内外防护体系特点分析,国内防护体系特点,国内落石防护体系,落石防护设施种类： 主动防护系统被动防护系统,主动防护体系：落石防护理念“包裹”,防护体系将边坡 覆盖得严严实实，目的是不让石头落下。,国内落石防护体系-主动防护体系,紧贴坡面,主动防护体系的包裹做法,防护网与坡面悬空面积稍大时还要增加随机锚杆,锚杆数量众多,主动防护体系,国内主动防护系统不足之处：后期维护不方便包裹的石头多了，其防护能力大大下降，甚至导致防护网破坏，带来更大的落石隐患。,国内落石防护体系-主动防护体系,被动体系分类
2、:,国内落石防护体系-被动防护体系,国内落石防护体系-被动防护体系,被动防护网体系组成,被动防护体系,钢柱,减压环,被动防护体系的钢柱受力特点:,钢柱柱脚，转动能力弱,设计标准中的钢柱基座,被动防护体系常见破坏形式钢柱弯曲,设计： 1. 对施工现场的地质条件了解比较粗略,产品布置的精确性相对国外较低。 2. 锚杆的有效锚固深度及锚固力变化范围较大,较难控制。,施工： 1.大量使用人工，机械化水平极低。 2.设备较落后,如钻孔设备中还大量使用孔径小、深度浅的手风钻方式等。,国内落石防护体系-设计施工现状,国外防护体系应用范围很广： 1.边坡落石、泥石流、雪崩等地质灾害的防护； 2.树木滚落的防护
3、； 3.公路交通安全防护。防护体系种类：主动防护体系被动防护体系主、被动结合防护体系,国外落石防护体系,日本落石防护体系特点,日本是地质灾害多发地区,落石防護柵,1) RFy 柱屈服,金属索为弹性:,2) RFy 柱为弹性,金属索屈服:,欧洲落石防护体系特点,ETAG 27,落石防护套件的欧洲技术认可指导原则(2008年2月1日版),1 ETAG的范围1.1.建筑产品的定义 1.2.建筑产品的预期用途1.3.建筑产品的假定使用寿命 1.4.术语 1.4.1.与建筑产品指令相关的常用 1.4.2.ETAG使用的专用术语1.5.严重背离ETAG情况下的规程2 适用性评估 2.1. 适用性评估 2.
4、2.适用性评估的要素 2.3.对组装系统及其组件特点的要求与验证和评 估方法之间的关系 2.4.与适用性相关的组装系统的特点2.4.1.组装系统的能量吸收：服役能级（SEL）2.4.2.组装系统的能量吸收：最大能级（MEL）2.4.3.组装系统的分类2.4.4.组装系统的变形特性：剩余高度 2.4.5.组装系统的变形特性：最大延伸性2.4.6.对组装系统地基的作用 2.4.7.组装系统的分类2.4.8.危险物质,3 合格性的评价和认证以及CE标识3.1.合格性认证系统3.2.制造商和指定机构的责任和任务 3.2.1.制造商的任务 3.2.2.指定机构的任务 3.3.CE标识和其附带的信息 3.
5、3.1.示例13.3.2.示例23.3.3.CE标识的位置4 评估预期用途适用性的假定条件4.1.套件的制造 4.2.套件的封装、运输和存储 4.3.套件在结构物上的装配和安装 4.4.使用、维护和修理 5 套件的识别 5.1.鉴别方式5.2.组装系统的组件和其与身份验证相关的特性5.2.1.钢丝绳5.2.2.消能装置 5.2.3.护网元件5.2.4.支柱6 基于ETAG颁布的ETAS格式,目 录,一.产品的定义,ETAG适用于落石防护套件，落石防护套件应有一个或多个具有同样功能的模块按顺序组合而成，这些模块可根据斜坡现场长度进行调整。根据本准则，一个套件的最小组成应包括三个功能模块（3FM）
6、:-3FM指网栅的3个区域和4根支柱。支柱之间区域是不固定的且应由制造商选择。,落石防护套件由以下组成：,a)拦截结构: 拦截结构具有承载块状物直接冲击的功能，具有弹性和/或可塑性变形能力，并能够将力传导给相连接的组件、支撑结构和地基。 b)支撑结构: 支撑结构具有维持拦截结构不弯曲的功能，支撑结构本身并不是刚性的。支撑结构可直接或通过连接结构连接在拦截结构上面。 c)连接结构: 连接结构具有将力传导给地基的功能。为了允许产生变形，可在结构上安装一些装置，这些装置可允许在控制的范围内延长。 地基不被认为是套件的一部分。地基的设计由设计师负责。,连接结构 支撑结构 地基,拦截结构,应力,连接结构
7、,拦截结构,支撑结构,连接结构,地基,应力,二.术语,系统的能量吸收：使用能级（SEL）,SEL:定义为规则石块冲击网栅的动能 落石防护系统通过SEL测试标准：如果满足下列情况，则可通过第一级SEL试验：石块被拦截连接组件无破坏（仍连接在地基之上）剩余高度（不移除石块）应大于或等于标称高度的70%。,如果满足下列情况，则可通过第二级SEL试验：石块被网栅拦截。测试中直到系统到达最大延伸度时石块才接触地面。第一次SEL冲击和第二次SEL冲击之间不得对套件进行维护。,系统的最大能级（MEL）,MEL .SEL and = 3。落石防护系统如能够达成下列条件，则可通过MEL测试：石块被网栅拦截测试中
8、直到套件到达最大延伸度时石块才接触地面,MEL剩余高度的分类如下所示：分类A：剩余高度50 %标称高度分类B：30%标称高度剩余高度50%标称 高度分类C：剩余高度 30 %标称高度,主动防护系统工程实例,横向支撑绳较少，间距大,主动防护系统工程实例,不要求完全贴紧坡面，落石可以沿坡面下落,1.与国内产品最大的不同：钢柱几乎不受力。 2.国外的防护系统中“钢柱”只起撑杆的作用:工艺方法： 钢柱和拉锚绳之间是“分离”的，让拉锚绳从钢柱的孔洞中穿过，可以自由地滑动。 柱脚与地面为弱连接，可以大幅度地转动,被动防护体系:,国外落石防护体系防护设计理念,国外拉锚绳与钢柱的连接方式,钢柱固定绳,上支撑绳
9、,拉锚绳,钢柱柱脚形式 （弱连接、可变形及转动）,柱脚弱连接，可以变形,圆形柱脚底板，利于转动,弹簧式的减压装置,摩擦减压装置,减压环 （目前国内规范中唯一给出的减压装置）,国外落石防护体系减压装置设计特点,1.可以扩大防护的范围. 2.有“引导”落石运动的作用，易于清理落石。,主、被动防护结合的设计理念:,国外落石防护体系防护设计理念,主、被动防护结合案例,主、被动防护结合案例,进行详细的地质勘测,国外公司设计的非洲某工程：总防护长度十多公里，防护高度最高达到250m，2005年开工，2007年完成，此工程总共耗资3000万欧元。,确定各区域的危险程度、危岩等级,根据危岩等级详细的划分防护区
10、域,落石计算分析,施工过程中 （用直升飞机吊装）,建成后,斜坡钻孔设备,二. 国内外防护体系实验研究状况,开展了不少落石的研究，但在防护体系设计中无法使用。 很少开展系统性的产品研究。 没有开展防护体系的落石冲击试验研究。（注：部分工程施工结束后进行的验证性落石冲击检验，由于不做参数检测，从严格意义上说，不属于试验的范畴） 没有数值仿真分析,国内落石防护体系研究,1.落石的研究为防护体系设计服务2.通过落石研究，可以得到落石的各种运动参数，包括最大落石重量、落石分布范围、运动形态、下落速度、跳跃量、运动能量、冲击力等，为防护体系的设计提供依据。如日本的关于落石对策手册的参考资料-落石模拟调查研
11、究资料一书对落石运动进行了详细的研究，并在落石对策手册中给出供防护系统设计用的实用公式。,国外落石防护体系研究,主动防护系统的试验 （意大利米兰大学的试验设备）,主动防护系统的试验 （意大利米兰大学的模型试验）,为了更加真实地模拟被动防护系统遭受落石冲击作用下的反应，国外建立了完善的落石冲击试验场，可以模拟落石冲击作用过程，并对产品的质量进行检测。比较大型的试验场如位于瑞士的Walenstadt和位于法国东南部 Chambery市附近的试验场。欧盟、美国、日本等国家已经进行了大量的现场和实验室冲击试验。,被动防护体系冲击试验,被动网冲击试验录像,法国Chambery试验场试验录像,点击按钮 播
12、放录像,瑞士的Walenstadt 落石冲击试验场,美国进行的主、被动结 合产品落石冲击现场试验,三.我们的研究计划,1. 由四川奥斯特公司投资,西南交通大学设计，建设国内首个专门的边坡防护体系的冲击试验台，填补了国内空白，2010年底可以投入使用。该试验台最大试验能量可以达6500KJ（目前国外的最大试验能量为5000KJ）。,2. 成都铁路局、西南交通大学共同承担了铁道部柔性防护系统落石试验技术设计方法研究的科研项目（2010G014-E）。,落石冲击试验台三维图,建设中的落石冲击试验台,建设中的落石冲击试验台,建设中的落石冲击试验台,建设中的落石冲击试验台,建设中的落石冲击试验台,建设中的落石冲击试验台,建设中的落石冲击试验台,钢结构柔性棚洞,高能量落石防护栅,四.建议,（1）不断更新和完善防护体系的设计。国内现有的防护体系比国外要落后一代以上，我们要加大研究开发力度，逐渐淘汰掉落后的产品种类，将最先进的防护体系用到国内工程当中。 （2）建立和完善试验方法、检测手段。加强行业监管。 （3）加强边坡落石的基础研究。包括对落石成因、运动规律、作用范围等的研究，为防护系统的设计提供依据。,谢 谢！,
