随着我国国民经济的高速发展,尤其实施西部大开发战略后,国家每年投入数百亿资金用于西部基础工程建设。由于西部山区特有的地形地貌等地质条件,使得工程建设不仅难度大,在建设过程中会遇到各种地质灾害,而且工程投入运营后,地质灾害事故也是频繁发生,滚石灾害的严重性也随之突显出来,滚石致人伤亡的事故数不胜数。所以,针对滚石灾害的研究和防治也越来越被人们所重视。然而,由于滚石运动比较复杂,人们对其认知度又比较低,有许多问题有待于研究,亟需解决。本论文以岩质边坡滚石为研究对象,采用理论分析、室内实验和数值模拟相结合的综合方法,针对滚石的运动特性、影响滚石运动轨迹的关键参数以及参数的确定、滚石灾害的防护等方面进行了系统探究。本文主要的研究内容和取得创新性研究成果有:(1)针对影响滚石运动轨迹的诸多参数,通过理论比对分析,筛选出主要的影响参数,即边坡坡面还原系数(边坡坡面法向还原系数RN(Coefficient of Normal Restitution)和边坡坡面切向还原系数RT(Coefficient of Tangential Restitution)),它们不仅决定了滚石弹跳高度和弹射距离,同时也影响到滚石能量的转换与损耗。因此,在滚石防护设计中应该特别注意。另外,边坡坡面摩擦角对于滚石在滚动和滑动阶段的运动轨迹和能量转化起着重要的作用,也需特别注意。(2)在总结分析现有的滚石运动轨迹计算方法基础上,结合滚石实际的运动情况,提出了一种分段循环算法新的滚石运动轨迹计算方法,该方法不仅可以用于滚石弹跳阶段的计算,而且可用于滚(滑)动阶段的计算。与现有方法相比,分段循环算法具有计算原理简单明确、易于使用等优点。(3)在深入研究分析与反复实验的基础上,提出了采用模型实验与数值模拟相结合的反分析方法,即先通过模型实验获得滚石的运动轨迹,然后利用数值模拟计算,进行反分析,来获取影响滚石运动的相关参数。并通过案例检验了该方法的可行性与测试结果的可靠性。(4)在模型实验中,提出了针对视频进行逐帧截取的新思路,为较准确地获取滚石运动轨迹提供保证。(5)在这些研究成果的基础上,针对滚石滚落过程中任意时刻的弹跳高度和能量大小均是变数的特点,通过理论分析与数值模拟相结合的方法,探讨如何选择最佳的防护位置、设置最优的防护高度,这些成果为实际滚石灾害防护设计提供帮助。通过对滚石运动特性的研究,揭示了影响滚石运动的相关参数、滚石运动轨迹描述以及滚石能量转化等,丰富了滚石运动方面的理论知识,为有效地防御滚石灾害提供帮助。