Оценка энергии поглощения предохранительных противокамнепадных валов с учетом их конструкционных и геотехнических параметров

Проведено определение влияния основных физико-механических характеристик грунтов, входящих в конечно-элементную модель Мора–Кулона, на предельную энергию поглощения противокамнепадного предохранительного вала. Оценка выполнялась путем создания базовой модели по результатам ранее проведенных исследований, что позволило определить первичные геометрические параметры конструкции. Далее было проведено моделирование с последовательным изменением физико-механических характеристик грунтов и фиксацией энергии обломка, при которой абсолютная деформация грунта предохранительного вала достигает значения его глубины, что равносильно разрушению конструкции. Моделирование выполнено в программном комплексе Plaxis 3D путем приложения динамической нагрузки с затуханием на 10% каждые 0,025 с, что позволяет сымитировать поглощение энергии обломка предохранительным валом с постепенным затуханием. По результатам численного моделирования при помощи программного кода в среде Python было подобрано оптимальное уравнение регрессии с коэффициентом детерминации R2, равным 0,963, которое связывает глубину предохранительного вала и физико-механические характеристики грунта отсыпки с его энергией поглощения. Сходимость результатов численного моделирования и расчетных значений составила 97,5%, что позволяет использовать данную формулу для оценки предельной энергии поглощения противокамнепадных предохранительных валов.

Белов О. Д. Оценка энергии поглощения предохранительных противокамнепадных валов с учетом их конструкционных и геотехнических параметров // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2025. – № 7. – С. 24–37. DOI: 10.25018/0236_1493_2025_7_0_24.

Белов Олег Дмитриевич — аспирант, НИТУ МИСИС, e-mail: below2idknet@inbox.ru, ORCID ID: 0000-0002-0129-9484.

1. Горбачева Т. М. Обеспечение безопасности объекта под скалистым уступом от камнепадов: решение «Маккаферри» во Франции // Геоинфо. — 2022. — № 12. — С. 46—55.

2. Фольквейн А., Фулде М., Кригер-Хауксон И. Оценка возможностей и надежности гибких систем защиты от камнепадов // Геоинфо. — 2021. — № 7. — С. 42—47.

3. Шеина Т. В., Авдеева Е. А. Технологии защиты автодорог от камнепадов // Градостроительство и архитектура. — 2018. — № 8(1). — С. 28—34.

4. Bichler A., Stelzer G. Special solutions in hazard mitigation // Proceedings of the 6-th Canadian GeoHazards Conference (GeoHazards 6), Queen’s University in Kingston, Kingston, Ontario, Canada, 2014. The Canadian Geotechnical Society (CGS), pp. 1—8.

5. Решетняк С. П., Фокин В. А., Тарасов Г. Е., Александров В. А., Тогунов М. Б., Данилкин А. А., Каира В. Е. Гравитационные аспекты обеспечения безопасности работ в прибортовой зоне карьера // Горный журнал. — 2005. — № 2. — С. 71—72.

6. Мелихов М. В., Чащинов Г. В. Применение технологии скейлинг для защиты карьерного автотранспорта от камнепадов // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. — 2017. — № 14. — С. 311—314.

7. Белов О. Д. Зависимость кинетической энергии, максимальной высоты отскока, горизонтального перемещения и скорости обломка камнепада от его формы // Труды РАНИМИ. — 2024. — № 3-1(41). — С. 246—267. DOI: 10.24412/2519-2418-2024-341-246-267.

8. Kwan J. S. H., Sze E. H. Y., Lam C. Finite element analysis for rockfall and debris flow mitigation works // Canadian Geotechnical Journal. 2019, vol. 56, no. 9, pp. 1225—1250. DOI: 10.1139/ cgj-2017-0628.

9. Vigna S., Marchelli M., Biagi V., Peila D. Numerical simulation of rockfall protection embankments in natural soil // Geosciences. 2023, vol. 368. DOI: 10.3390/geosciences13120368.

10. Lambert S., Bourrier F. Design of rockfall protection embankments: A review // Engineering Geology. 2013, vol. 154, pp. 77—88. DOI: 10.1016/j.enggeo.2012.12.012.

11. Ronco C., Oggeri C., Peila D. Design of reinforced ground embankments used for rockfall protection // Natural Hazards and Earth System Sciences. 2009, vol. 9, no. 4. DOI: 10.5194/nhess-9-1189-2009.

12. Maegawa K. Experiments on rockfall protection embankments with geogrids and cushion // International Journal of GEOMATE. 2011, vol. 1, no. 1, pp. 19—24.

13. Zhiwei X., Liang Lu G. Numerical investigation on the response of ground-reinforced embankments under repeated impact // Engineering Geology. 2025, vol. 345, article 107875. DOI: 10.1016/j. enggeo.2024.107875.

14. Lambert S., Gupta R., Bourrier F., Vincent A. On the simulation-based quantification of energy dissipation in rockfall protection structures: Case of an articulated wall modelled with the NSCD method // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2025, vol. 58, pp. 1957—1973. DOI: 10.1007/s00603024-04222-9.

15. Maheshwari S., Bhowmik R. Performance assessment of a protection embankment designed for a rockfall-prone slope along lesser Himalayas of Jammu and Kashmir, India // Natural Hazards. 2024. DOI: 10.1007/s11069-024-06959-6.

16. Maheshwari S., Bhowmik R., Cuomo S. Impact performance of unreinforced and geogrid-reinforced rockfall protection embankment // Geosynthetics International. 2024, vol. 19, no. 6, pp. 1—21. DOI: 10.1680/jgein.23.00159.

17. Luc Leroy Mambou Ngueyep, Kenmoe Oscar Rodrigue Michel, Tchognia Nkuissi Hervé Joël, Lawou Kouayep Sylvain, Nkenwoum Chebou Gael, Chéagé Chamgoué André, Mohamadou Innoua Comparative analysis of the slope stability using slide and plaxis 2D software: A case study of Tombel Pozzolan Quarry (South-West Cameroon) // Applied and Environmental Soil Science. 2024, vol. 8, article 8260177. DOI: 10.1155/2024/8260177.

18. Wang Z., Sheng X. Rockfall on the slope of the embankment of finite element analysis of the impact of the impact // Advanced Materials Research. 2011, vol. 261—263, pp. 1119—1123. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.261-263.1119.

19. La Porta G., Lambert S., Bourrier F. DEM modeling of rockfall rebound on protective embankments / 6th International Conference on Particle-Based Methods. Fundamentals and Applications, Barcelona. 2019, pp. 238—249.

20. Maheshwari S., Kudu S., Bhowmik R. Rockfall in Himalayan Region: Trajectory simulation, design, and analysis of protective embankment / Geo-Congress. 2024, pp. 74—84. DOI: 10.1061/ 9780784485354.008.