The Effect of Rigid Body Impact Mechanics on Tangential Coefficient of Restitution

S. Chai, T. Yacoub, K. Charbonneau, J.H. Curran

In the proceedings of: GeoMontréal 2013: 66th Canadian Geotechnical Conference; 11th joint with IAH-CNC

Session: Soil and Rock Mechanics V

ABSTRACT: In current practices of rockfall simulations, Lumped Mass Analysis (LMA) is being used extensively. For a lumped mass model, the normal coefficient of restitution (Rn) and tangential coefficient of frictional resistance (Rt) are required as input parameters. Rn is classical parameter known as material property that is determined by rigidity of the contacting slope. Rt is an experimental parameter that is measured by vegetation and slope material. The range of suggested values for Rt is relatively large compared to the range of suggested values for Rn. For instance, the suggested Rn values for talus and firm soil slope range from 0.1 to 0.2 while the suggested Rt values range from 0.5 to 1.0. It is uncertain in some situations what Rt value should be used for materials with this wide range of suggested values when simulating rockfall in LMA. In this paper, we show that the empirical parameter Rt can be obtained through the Rigid Body Impact Mechanics (RBIM) using only the material parameters Rn and dynamic friction coefficient (µ). In RBIM, we introduce the effect of size and shape of the rock and its interaction with the slope to calculate rockfall trajectory and obtain Rt as a result. The Rt results obtained in RBIM is applied to LMA for comparison. The study shows that LMA can be modelled using RBIM. Also, it expands the analysis to expand the domain of applicability to wide range of situations with various dynamic conditions. The theoretical Rt values obtained using the RBIM are tabulated against the empirical values used in practice for LMA in various conditions.

RÉSUMÉ: Les simulations de chutes de blocs sont actuellement basées sur le modèle de masse localisée (LMA). Les données d'entrée nécessaires pour l'analyse sont le coefficient normal de restitution (Rn) et le coefficient tangentiel de résistance à la friction (Rt). Rn est un paramètre classique qui est déterminé par la rigidité de la pente au contact du bloc et qui est donc généralement dicté par les propriétés du matériau rencontré lors de la chute. Rt est un paramètre expérimental qui est établi selon le type de végétation et de matériaux de la pente le long du parcours. La gamme de valeurs proposées pour Rt est relativement étendue par rapport celle proposée pour Rn. Par exemple, la valeur de Rn proposée pour les talus et les sols denses d™une pente varie de 0,1 à 0,2, alors que la valeur de Rt proposée varie de 0,5 à 1,0. Dans le cadre d™une analyse de la masse localisée (LMA), un questionnement peut survenir lors de la sélection de la valeur appropriée de Rt à utiliser pour les matériaux lors de la simulation des chutes de blocs Cet article présente comment obtenir le paramètre empirique Rt par la méthode «Rigid Body Impact Mechanics» (RBIM) en utilisant uniquement les paramètres de matériaux de Rn et le coefficient de friction (). La méthode «Rigid Body Impact Mechanics» (RBIM), permet d™introduire l'effet de la taille et la forme du bloc, ainsi que l™interaction du bloc avec la pente, afin de déterminer des valeurs de Rt. Les valeurs obtenues sont utilisées dans le modèle de masse localisée (LMA), et l™essai est concluant. Les résultats obtenus corroborent non seulement les valeurs empiriques utilisées dans la pratique courante, mais permettent d'élargir le domaine d'applicabilité à différentes conditions dynamiques. Les valeurs théoriques obtenues à l'aide du RBIM sont mises sous forme de tableau et comparées aux valeurs empiriques utilisées dans la pratique avec le modèle de masse localisée (LMA), pour diverses situations.

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