作为一种特殊的地质灾害,滚石灾害虽然规模较小,但是因其具有较大的突发性和不确定性,已经对国民经济和人民生命财产造成了巨大危害。开展滚石坡面碰撞研究对探究滚石坡面碰撞机理,分析滚石坡面碰撞破裂效应进而修正坡面碰撞模型有重大的意义。本文通过系统的坡面碰撞试验和数值模拟分析,探究了碰撞速度、滚石力学性质、碰撞角度和滚石尺寸对滚石碰撞破裂特征的影响,分析了滚石碰撞破裂条件下碰撞恢复系数的变化规律,主要内容和基本认识如下:(1)在文献调查的基础上,分析比较了各种岩石试样预损伤方法的优劣,提出高温加热的方法制备岩石试样,并通过一系列试验检验了高温损伤效果。试验表明:高温加热将导致花岗岩试样质量略微减小并产生不可逆的体积膨胀。花岗岩的单轴抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量和纵波波速均随温度的升高而降低。一般在400℃以内,温度的影响较小;随着温度的升高,岩石性质损伤劣化程度加剧。综合比较各种力学参数,采用基于纵波波速的岩石完整性指标作为岩石试样损伤指标效果较好。(2)在自主研制的滚石碰撞系统上对不同特征的滚石试样进行一系列室内碰撞试验,详细分析了滚石力学性质、碰撞速度、入射角度和尺寸大小等因素耦合作用下的滚石坡面碰撞破裂机理,探讨了碰撞破裂对滚石运动特征的影响。结果表明:滚石力学性质和碰撞速度是控制滚石碰撞破裂的主要因素,滚石力学性质越差,碰撞速度越大,滚石碰撞越破碎。滚石破裂存在法向速度阈值,随着力学性质的劣化,破裂法向速度阈值减小。碰撞入射角对滚石碰撞破裂及能量恢复系数影响较大;碰撞破裂不但会引起滚石总的能量恢复系数减小,而且会造成个别碎块具有较大速度。(3)采用三维动力有限元软件LS-DYNA,对滚石坡面碰撞过程进行数值模拟分析,基于试验获得的滚石坡面碰撞破裂特征和结果,对数值模型及其参数进行调整与校验,结果表明:采用参数优化后的土/混凝土模型,可以较好的反映滚石碰撞破裂特征。滚石的抗拉强度对破裂特征影响较大,而坡面的结构形式、边界条件以及力学参数对滚石碰撞恢复系数有较大的影响。在此基础上,采用理想刚体坡面模型,进一步扩大了碰撞速度、滚石尺寸和力学性质等参数变化范围,研究了碰撞破裂对滚石运动特征的影响。数值模拟结果表明:滚石力学性质越差,滚石碰撞能量恢复系数越小;破裂前,碰撞恢复系数随碰撞速度的增大而略有减小,滚石碰撞破裂后,能量恢复系数急剧减小,碰撞速度大于某一值后,能量恢复系数平缓下降。