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摘要
西南地区山地众多，落石频发，红层地质分布广泛，工程上红层隧道区可用红层泥岩作为棚洞垫层材料以抵抗落石冲击。但红层泥岩为细粒黏性缓冲材料，与无黏性粗粒材料不同，压实度对其缓冲机制影响仍不明晰，为此开展了落石冲击红层泥岩垫层材料模型试验及数值模拟研究。通过搭建室内落石冲击试验平台，进行了红层泥岩材料不同压实度下的模型冲击试验，监测了落石及垫层内加速度大小，研究了压实度对垫层缓冲效果的影响规律，并借助离散元（PFC）与有限差分（FLAC）耦合方法对模型试验进行了对比验证，揭示了压实度对红层泥岩垫层缓冲机制的影响规律。研究结果表明：1）不同压实度中（K=0.9、0.8、0.7），压实度越低，落石冲击力越小，K=0.7的冲击力较K=0.9减小了54.08%;2）垫层内峰值加速度随水平距离增加呈指数衰减，且压实度越小，垫层加速度衰减越显著；3）重复冲击使垫层缓冲效果存在劣化现象，导致落石冲击力及垫层内加速度增加，工程中需加以注意；4）压实度低时，力链越不稳定，力链因易破坏重组而无法提供长期、稳定阻力，致使落石冲击力降低；同时垫层松散使冲击波传播时间增加，垫层吸收更多能量；因此，压实度低时垫层具有更好的缓冲效果。研究结果可为西南地区红层泥岩垫层材料的应用提供借鉴意义。
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单位土木工程学院; 新疆工程学院; 西南交通大学; 中铁第一勘察设计院集团有限公司
