被动柔性防护网是一种高效的落石灾害防护结构,被广泛用于铁路、公路等行业的工程地质灾害防治中。近年来,国内外对被动柔性防护结构的研究主要集中于部件力学行为,对系统缓冲机制的研究较为匮乏,且尚未揭示系统的大变形机理及其控制方式。据此,本文对被动柔性防护系统大变形机理进行了深入研究,分析了系统大变形影响因素,获得了系统各阶段变形组成及发展,构建了大变形控制方程以及相应的解析计算方法,该方法可以快捷、简便地完成系统的选型与设计。然后增强了系统的缓冲机制,提高了系统的整体缓冲性能,基于大变形解析计算方法和改进后的缓冲机制,构建了变形可控的结构体系,通过开展足尺试验和数值仿真研究了系统冲击动力行为,最后进一步研究了系统的冲击力F与缓冲变形s的相关关系,为系统设计提供了一定参考。论文的具体研究内容详述如下:(1)对被动柔性防护网系统的现状进行了研究(第1章)。通过部件力学性能、消能缓冲机制以及系统冲击力学行为等三个方面对柔性防护系统的研究现状进行了总结,指出了既有研究的不足,并给出了本文的研究内容和技术路线。(2)阐释了被动柔性防护系统的大变形组成、机理及影响因素(第2章)。指出系统的大变形主要由支撑结构变形、支撑绳滑移变形、网片变形等组成。然后分区描述了网环变形,定义了网环的拉伸变形发育系数。阐释了消能器的工作原理及力学特性,定义了消能器的拉伸效率系数。介绍了柔性防护系统中常用的3种支撑结构形式。(3)构建了被动网防护系统冲击变形的空间几何解析模型,建立了被动柔性防护网系统的冲击大变形控制方程(第3章)。提出了支撑结构变形、支撑绳滑移变形、环网顶冲变形的解析计算方法。结合独立工作条件下17组不同规格网片的顶破试验结果以及整体系统工作条件下3组不同冲击能量的数值模拟结果,验证了解析计算方法的正确性。(4)建立了改进的被动柔性防护网系统的缓冲机制(第4章)。给出了消能器启动力与支撑绳破断力比值的合理范围,以保证消能器能够正常工作。改进了既有的支撑绳滑移控制方法,使得支撑绳滑移时可避免与柱端产生运动干涉,并能够有效控制系统的冲击变形。(5)构建了变形可控的被动柔性防护网系统并开展了足尺试验和数值模拟(第5章)。根据系统大变形解析计算方法完成了标称能级为2000kJ试验模型的快速选型与设计,然后对该试验模型同时开展了足尺冲击试验和数值模拟,研究了系统的冲击力学行为。研究结果表明:变形控制的被动柔性防护网系统在遭受落石冲击时构件内力较低,系统内部无明显的“刹车效应”,降低了系统破坏的可能性。(6)通过8组数值仿真模型,研究了消能器缓冲变形控制参数对系统缓冲性能的影响(第6章)。研究结果表明:就系统的缓冲耗能能力而言,消能器存在最优拉伸长度及对应的工作拉力;消能器工作拉力与系统冲击变形呈负相关,但当拉力大于一定值时,不再具备相关性。在特定的区间内,可调整消能器工作拉力控制系统变形,从而获得系统的最优缓冲性能。