1.一种双层复合防护网的优化方法,所述的双层复合防护网包括支撑桩和固定于支撑桩两侧的双层防护网结构,双层防护网结构包括面向落石冲击侧设置的内侧防护网和背离落石冲击侧的外侧防护网,其中内侧防护网为钢绞线编织而成的环形网,外层防护网为由横向NPR钢绞线和纵向NPR钢绞线组成的方格网,方格网的孔径小于环形网的孔径,环形网的强度高于方格网的强度;内侧防护网和外层防护网的两端均依次经对拉板和地锚固定于边坡上,支撑桩经预应力锚索固定于地面上,外层防护网和内侧防护网之间设置有多个弹簧缓冲件;其特征在于:优化方法包括以下步骤:S1、基于双层复合防护网和多面体落石模型,构建落石冲击条件下的阻碍模型;步骤S1具体包括以下步骤:S11、确定双层复合防护网的几何参数:设定内侧防护网的孔径 ,强度为 ;并设定外侧防护网的孔径 ,强度为 ;其中, , ;同时设定支撑桩的截面积为 ,外层防护网与内侧防护网之间的距离为 ;设定弹簧缓冲件的数量为 ,弹性系数为 ;S12、建立多面体落石模型:确定落石的各个顶点坐标,利用几何建模软件中,根据确定的顶点坐标,绘制多面体的各个面,获得多面体模型,再将多面体模型导入物理仿真软件,设置落石的材料属性、落石的质量为 、初始速度 和冲击角度为 ;S13、构建双层复合防护网的力学模型:将内侧防护网和外侧防护网均视为柔性结构,建立双层复合防护网的总刚度计算公式: ; ; ; ; ; ;式中, 表示双层复合防护网的总刚度; 表示外侧防护网的刚度; 表示内侧防护网的刚度; 表示弹簧缓冲件的刚度; 表示内侧防护网的钢绞线的数量; 表示钢绞线的弹性模量; 表示钢绞线的截面积; 表示钢绞线的长度; 和 分别表示横向NPR钢绞线和纵向NPR钢绞线的刚度; 和 分别表示横向NPR钢绞线和纵向NPR钢绞线的数量; 和 分别表示横向NPR钢绞线和纵向NPR钢绞线的弹性模量; 和 分别表示横向NPR钢绞线和纵向NPR钢绞线的截面积; 和 分别表示横向NPR钢绞线和纵向NPR钢绞线的长度; 表示弹簧缓冲件的数量; 表示弹簧缓冲件的弹性系数;S14、设定落石与双层复合防护网之间的接触条件,获得接触模型;S15、模拟落石与双层复合防护网之间的接触力,根据接触条件计算每个时间步长下的法向力 和切向力 : ; ;式中, 和 分别表示法向和切向方向上的弹簧常数; 和 分别表示法向和切向方向上的位移量; 和 分别表示法向和切向的速度分量; 和 分别表示法向粘性阻尼系数和切向方向粘性阻尼系数;S16、利用步骤S15的模拟结果优化步骤S14所述的接触条件,循环步骤S14-步骤S15直至满足结束条件,输出阻碍模型;S2、通过数值模拟软件对构建的阻碍模型进行动态分析,评估在不同落石速度、落石质量及冲击角度下双层复合防护网的性能表现;S3、参数调整:分别调整外层防护网和内侧防护网的尺寸、外层防护网与内侧防护网之间的距离、弹簧缓冲件的数量以及位置分布,并将调整后的参数重新输入步骤S2中进行仿真,对比每次调整后的性能表现,确定最优参数组合;S4、基于最优参数组合,制作实验样品,并在实验室条件下进行实际测试验证其防护效能是否达到预期目标,若达到预期指标则输出最终方案,否则返回步骤S3;S5、根据最终方案进行施工。
2.根据权利要求1所述的一种双层复合防护网的优化方法,其特征在于:在步骤S14中,将落石视为刚体,并将双层复合防护网视为柔性结构,确定接触类型为刚体-柔性体接触,且为表面-表面接触;并设定接触界面的定静摩擦系数 和动摩擦系数 ,以描述接触界面的摩擦行为;同时,考虑落石撞击双层复合防护网时的能量耗散,能量耗散包括弹性能 、滑动能 和塑性能 ,其表达式如下: ; ; ;式中, 表示落石撞击位置的钢绞线的截面积; 表示落石撞击位置的钢绞线的弹性模量; 表示落石撞击位置的变形量; 表示力-位移关系函数; 表示落石撞击位置的双层复合防护网的位移; 为 范围内的随机数; 表示力-位移曲线; 表示落石撞击位置的钢绞线的长度。
3.根据权利要求2所述的一种双层复合防护网的优化方法,其特征在于:在步骤S2中,向有限元软件中输入多面体落石模型、双层复合防护网参数,执行仿真,记录落石冲击过程中双层复合防护网的变形、应力分布和能量吸收情况,作为性能表现指标。