随着我国经济的快速发展以及西部矿产资源的开发,山区出现大量的岩质陡峭边坡,致使落石灾害事件时常发生,已严重影响西部山区的交通安全、威胁人们的生命财产安全。因此,对落石冲击作用进行系统的研究就显得十分必要。本文对现有落石冲击力计算公式进行总结,并对比分析各个公式之间的异同;系统地分析了落石因素对冲击作用的影响;并进一步探讨了不同垫层厚度和不同垫层材料对棚洞抗冲击性能的影响。本文主要研究内容及成果如下:(1)总结现有落石冲击力计算公式并进行简要对比分析,发现目前代表性计算方法所得到的最大冲击力都随落石质量、下落高度增加而增加,但是各个方法所求的最大冲击力相差可达6~7倍之多。(2)通过ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件分析了落石因素对冲击作用的影响,并得出结论:(1)随着落石质量的增大,落石冲击力、冲击持续时间、冲击深度和棚顶等效动应力呈线性增长;(2)随着下落高度的增加,落石冲击力、冲击深度、棚顶Mises等效动应力以及冲击所产生的落石加速度呈线性增长,冲击持续时间略微增加,但影响比较小;(3)在法向方向上,冲击力、冲击深度和落石加速度随着冲击角度的增加而变大。在切向方向上,当冲击角度小于45°时,冲击力、切向位移和落石加速度随着冲击角度的增加而变大,当冲击角度大于45°时,则相反;(4)当落石形状为长方体和立方体时,所产生的最大冲击力是球体的6~7倍左右。(3)随着垫层厚度的增加,落石冲击力、棚顶挠度以及棚顶等效动应力不断减小,但减小的趋势逐渐变缓。垫层厚度大于冲击深度时,改变垫层厚度对冲击深度和动能消耗基本无影响。(4)EPS轻质土垫层可以有效地减小落石冲击力、棚顶挠度及等效动应力,具有很好的耗能作用,能够更好地保护棚洞结构。但EPS轻质土垫层受到落石冲击后会产生较大的塑性变形,若棚洞经常遭受落石灾害时,垫层材料容易失效,此时建议选用抵抗变形能力较强的砂垫层。