高强度降雨、地震都可能成为山体滑坡或崩塌发生的诱因。山体滑坡发生时伴随着大量粒径不相同的岩石碎屑，碎屑流体积大、速度快。这种强大的冲击力常常对碎屑流运动前方的结构物及人民生命财产造成毁灭性灾难。棚洞作为保护结构可保证山区道路安全和交通顺畅。为了能有效抵挡碎屑流冲击破坏，就需要对碎屑流冲击棚洞以及缓冲垫层的效应进行深入研究。近日，中国科学院成都山地灾害与环境研究所副研究员姜元俊等以保护山区公路的棚洞结构为研究对象，通过室内模型实验的方法，研究了碎屑流对棚洞的冲击机制以及利用碎石作为缓冲垫层的缓冲效应。
研究发现，没有缓冲层的棚洞所受的冲击力要大于有碎石缓冲层的情况。在没有碎石垫层的情况下，棚洞上的最大法向力和切向力分量作用在受冲击侧的拱脚位置，增加碎石垫层后，最大冲击力的值变小，并且最大法向力和切向力分量从受冲击侧的拱脚偏移大约30°至45°，这表明缓冲层不仅能减小冲击力的大小，还能改变其分布模式。力法是棚洞内力计算的有效方法，它可以快速计算冲击过程中每一时刻棚洞的内力。以冲击力作为输入对棚洞运用力法分析其结构内力，发现碎石垫层可以有效减少结构最大弯矩和最大剪力并增加最大轴力，增加了结构的安全性。同时根据冲击过程中能量的变化，发现颗粒粒径较细的碎石垫层耗散冲击能量的效果更好。这充分表明了碎石垫层在碎屑流冲击棚洞时发挥了显著的缓冲和耗能作用。
相关研究成果可应用于灾害防治与治理中。灾害发生时，可紧急安装一种没有碎石垫层的预制棚洞来避免山体滑坡和崩塌所造成的次生灾害。如果时间足够，还可以从棚洞周围环境中提取砾石，制作成一种由岩土材料构成的碎石垫层，能有效提高棚洞安全性。
相关成果发表在Rock Mechanics and Rock Engineering上。 该研究得到了中科院率先行动“百人计划”、国家自然科学基金青年基金、成都山地所“一三五”项目的支持。
成都山地所在抗碎屑流冲击工程防护研究中取得进展
