危岩主控结构面损伤模型研究

危岩是迄今研究程度极其薄弱的地质灾害类型,而主控结构面受荷损伤是危岩发育机理研究的核心技术.通过定义主控结构面裂端损伤区,运用损伤力学方法建立了裂端损伤区的即时泊松比和即时弹性模量的计算方法,并据此构建了主控结构面裂端损伤本构方程,为主控结构面断裂演化数值模拟奠定了理论基础.

危岩主控结构面疲劳断裂寿命计算方法

危岩的破坏机理和安全性受控于危岩主控结构面.通过计算危岩主控结构面在自重、裂隙水压力及地震力作用下的Ⅰ型及Ⅱ型应力强度因子,建立了主控结构面临界长度计算方法;把主控结构面内的裂隙水压力视作交变荷载,通过计算其对主控结构面应力强度因子的贡献,遵循P-M准则运用Paris疲劳方程建立了处于临界状态条件下主控结构面的疲劳断裂寿命计算方法,并通过疲劳断裂试验确定了三峡库区万州地区典型长石石英砂岩的疲劳系数C值和m值.

危岩主控结构面应力强度因子求解分析

危岩是迄今研究程度极其薄弱的地质灾害类型,而主控结构面受荷损伤断裂是危岩发育机理研究的核心技术。遵循应力强度因子的可叠加性假定,运用断裂力学方法及极限平衡理论,构建了倾倒式危岩主控结构面的应力强度因子计算方法,以及损伤-断裂判别式,并建立了主控结构面的断裂数值模拟方法,为深入研究危岩发育机理以及危岩灾害的有效治理奠定了理论基础。

高烈度下双裂缝主控结构面危岩的断裂破坏机制分析

灰岩地区危岩具有典型类砌体结构特征,结构面发育复杂,其破坏本质是主控结构面在荷载作用下的断裂扩展失稳问题.基于地貌演化分析了灰岩地带陡崖复杂结构面形成与演化,获得了双裂缝主控结构面危岩的地质模型.构建了此类危岩的力学模型和断裂力学模型,按照最大周向应力准则,基于危岩自重、裂隙水压力及地震荷载作用,构建了双裂缝主控结构面危岩的断裂稳定系数表达式.通过案例分析验证了其合理性;各烈度对应的断裂稳定系数随贯通度增加而下降,基本地震烈度为Ⅷ度和Ⅸ度时,危岩处于不稳定状态;危岩稳定性受到主控结构面的裂隙贯通度与地震诱发的耦合作用影响,临界失稳贯通度随地震烈度的提高而降低;Ⅶ度地震的临界失稳贯通度理论值为25.8%,略小于贯通度实际值27.7%,略偏安全,其建立的断裂稳定系数表达式具有较好的适用性.研究结果可为推动此类危岩合理化防治提供重要的理论支撑.

危岩主控结构面强度参数计算方法

主控结构面强度参数c、φ是危岩稳定性分析的关键问题,目前仅根据贯通段和非贯通段的长度进行c、φ线性加权计算,与实际情况误差在40%左右。本文对主控结构面设计11种贯通率(10%、30%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%和90%),预制20cm×10cm×5cm的M15砂浆试件并进行直剪试验,获得了c、φ值与贯通率之间的非线性实验曲线,据此建立了考虑不同贯通率和防治工程安全等级的危岩主控结构面c、φ值计算方法,即贯通率法;实际应用中,只需量测主控结构面的贯通率并采用常规试验确定危岩完整岩石的单轴抗压强度和内摩擦角,因此,该方法易于操作,计算结果与实际情况基本一致。

危岩主控结构面的冻胀力计算公式研究

主控结构面的形成和扩展是研究危岩发育机理的核心。基于损伤力学、断裂力学、弹性力学等理论,对冻融循环条件下主控结构面的产生和扩展进行了研究。提出了主控结构面损伤扩展的条件,建立了冻结状态下作用在主控结构面上的冻胀力计算公式,通过工程实例给出了公式的运用方法,分析了影响主控结构面冻胀力大小的因素,为危岩发育机理的深入研究奠定了理论基础。

考虑渗透力作用的危岩主控结构面断裂力学求解

危岩失稳的本质是主控结构面在荷载作用下产生的断裂扩展。从宏观力学角度来看,复合型危岩主控结构面受力机理可概括为压剪、拉剪两种形式。通过介绍主控结构面内渗透力的计算模型,应用线弹性断裂力学的最大周向应力准则,建立了在渗透力作用下两种受力形式的危岩主控结构面应力强度因子和断裂角的计算方法。以重庆万州首立山危岩为例计算结果表明,渗透力的存在使得应力强度因子明显增大,并分别就动、静水压力的影响作了分析。

基于主控结构面锁固段模型的危岩稳定性计算

基于危岩体主控结构面地质结构特征,探讨了危岩体主控结构面模型中＂规范法＂和＂贯通率法＂在等效抗剪强度参数取值上的不足,提出了包含主控结构面贯通段和锁固段的危岩主控结构面计算模型。建立了基于主控结构面锁固段的三类危岩体稳定性计算的物理模型和力学模型,提出了三类危岩体危岩稳定系数计算方法。以重庆万州首立山5个典型危岩体为例开展了算例验证。分析结果表明,利用提出的计算方法得到的结果与原始勘探资料及2009～2013年现场观测资料相符合,弥补了重庆市地方标准在危岩体稳定性计算方面的不足,为规范的进一步修订提供了理论依据。

基于能量判据的剪切破坏型危岩主控结构面断裂扩展研究

将剪切型危岩主控结构面按受力机理归纳为压剪和拉剪两种形式,其本质是Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹的断裂扩展问题。应用最大应变能释放准则,建立危岩主控结构面开裂角θ_0和断裂韧度G_(IC)的计算方法。选取重庆万州首立山典型危岩进行计算,结果表明,其断裂角与基于最大周向应力准则的断裂角计算结果一致,主控结构面的开裂方向均是指向临空面方向,初步验证了方法的可行性。

危岩主控结构面损伤-断裂数值模拟研究

危岩是迄今研究程度极其薄弱的地质灾害类型,而主控结构面受荷损伤断裂扩展过程是危岩发育机理研究的核心技术.本文通过对主控结构面裂端损伤区范围确定及损伤区损伤材料参数的求解,运用有限元数值模拟方法对天然状态工况、持续暴雨工况及地震工况进行了数值模拟,获取了不同工况主控结构面的断裂韧度富余系数,与危岩体的稳定系数具有良好的一致性.

危岩主控结构面强度参数的计算方法

根据损伤-断裂机理,将损伤的影响简化为对危岩断裂强度因子的线性增大,重点研究了单裂纹和平行双裂纹的强度参数c、φ,并推导出了简化计算公式。试验表明该式能够基本满足工程需要,简单易行。

危岩主控结构面智能显现机理研究

危岩是典型的地质灾害类型之一,存在众多的结构面是其重要特征,灾害发生时,起主导作用的结构面只有一个,其它的结构面只是起到辅助作用。本文利用BP神经网络系统,在快速寻找危岩主控结构面方面做了一些尝试,首先将输入样本按照重要程度划分为四级,在实例的基础上选取了大量的训练样本后进行工程预测,结果表明,所建立的系统能够很好的揭示危岩主控结构面,在三峡库区的部分危岩工程治理中得到了成功应用,效果良好。结果对于危岩工程实践具有一定的参考和应用意义。

危岩主控结构面端部区域应力特征研究

危岩主控结构面端部区域的应力变化是导致危岩破坏的主要因素。针对压剪破坏型危岩,进行室内模型试验。主控结构面端部区域的平面应力状态可以用两个主应变ε1和ε2来表示,在模型主控结构面端部布置了5个测点,试验量测到5个测点在施加荷载过程中两个主应力的变化曲线;对试验结果分析表明,危岩主控结构面端部区域的1#、4#和5#测点的主应变在所施加荷载逐渐增加的情况下,变化较大;2#和3#测点的主应变的变化较小。说明1#、4#和5#测点的主应力变化最为敏感,敏感程度1#>4#>5#>3#>2#;3#测点在整个过程中两个主应力方向上均处于受压状态。

危岩主控结构面抗剪强度参数取值研究

危岩体后缘主控结构面的抗剪强度参数c、φ值是对危岩体进行稳定性分析的关键。主控结构面的强度参数受多种因素的综合影响,所以探索一种快捷有效的抗剪强度参数计算方法是一种必然,也长期激励着广大岩土及地质工作者。通过对工程实践中常用的两种强度参数计算方式规范法和贯通率法对比分析,基于贯通率法试验结果和贯通率法计算公式建立起修正公式,修正公式采用分段函数形式,其可靠性在工程实践中得到证实。

深埋混凝土抗剪结构加固设计方法及其在大型边坡工程治理中的应用

传统边坡治理技术均采用坡面加固,即使采用抗滑桩、锚索等加固措施的治理深度大多小于80 m,对于存在主控结构面埋深大、强度低的大型潜在滑体的边坡工程,其加固治理尚无成熟方法,一般采用避让和减载等被动方法。以锦屏I级水电站左岸边坡为例,系统阐述在大型边坡工程治理中,深埋混凝土抗剪结构的加固原理及运用条件、洞线设计及洞型选择、开挖方式及施工程序设计、回填混凝土结构及灌浆设计。三维数值分析与现场实践表明,在具有深埋滑裂面的岩石边坡治理工程中,这种结构措施具有置换、补强及抗剪等综合作用,是行之有效的加固治理方法。研究成果可对类似边坡工程问题提供经验和借鉴。

坠落式危岩剧动式崩落与激振效应

针对坠落式危岩,考虑自重和裂隙水压力影响因素作用下,建立危岩崩落激振效应物理模型。联合断裂力学和波动理论从能量角度量化危岩体之间的相互作用,获取崩塌体崩落瞬间的启程速度计算式,根据危岩崩落激振波在岩体内的传播机理,构建了激振波作用下岩体介质质点位移速度计算方法。通过实例分析,建立的坠落式危岩剧动式崩落与激振效应分析结论和实际情况基本一致,对进一步实施危岩破坏及演化机制研究提供了科学依据。

危岩稳定性分析方法

通过试验建立了同时考虑危岩主控结构面贯通率和防治工程安全等级的危岩主控结构面抗剪强度参数贯通率法；按照出现频率，将作用在危岩体上的荷载拟定为三种荷载组合（工况）。认为处于特大型水利工程区或高频率强烈地震区的一级防治工程，应将设计荷载组合调整为“自重＋裂隙水压力（暴雨状态）＋地震力”；基于极限平衡理论详细推导了滑塌式危岩、倾倒式危岩和坠落式危岩在不同荷载组合下的稳定系数计算方法，结合稳定性评价标准，系统建立了危岩稳定性分析方法。应用这种危岩主控结构面抗剪强度参数贯通率法确定的c、中值比规范推荐的长度加权方法随机性要小，经2001～2007年现场观测验证计算结果是比较符合实际情况的。

压剪型危岩破坏弹冲动力参数研究

危岩崩塌具有突发性,属于能量快速释放的动力学过程。针对压剪型危岩,提出了压剪型危岩破坏力学模型,建立主控结构面锁固段切向抗力和剪切位移本构方程;发现危岩动力失稳瞬间系统的临滑聚能将释放并转换为危岩崩落动能,推导建立了危岩主控结构面锁固段断裂扩展所需耗能的计算公式,得到危岩临滑聚能和临滑释放能量随剪切位移增大的演化曲线,据此提出危岩突发性破坏后崩塌体弹冲速度和弹冲加速度计算公式。研究成果为进一步分析危岩崩落机制及致灾效应具有一定参考借鉴作用。

危岩耦合参数研究

目前,对危岩稳定性计算参数的选取仅仅从力学角度考虑,一般是通过大量试验及等效公式计算得出的。危岩主控结构面的强度参数,对危岩稳定起着至关重要的作用,在分析危岩稳定性影响因素的基础上,结合影响力学参数的环境因素,采用人工神经网络对危岩稳定性计算力学参数进行综合选取,得到危岩耦合参数的弱化系数,对危岩主控结构面强度参数进行合理折减,并以万州区首立山危岩为实例进行验算,通过与等效法计算结果的比较,发现两者较为接近,证实该方法的可靠性。

差异风化型危岩力学模型及破坏机制研究

差异风化型危岩多形成于由砂岩和泥岩等软、硬岩性组成的互层陡倾岩质边坡中,其崩塌破坏属地质灾害中的常见形态。以普洱渡危岩高边坡为例,推导出差异风化型危岩岩腔后壁泥岩压应力随岩腔深度增加而增大的计算公式。据普洱渡危岩高边坡地形地貌和地质构造特征建立了两类4种差异风化型危岩力学模型:第1类为主控结构面贯通率等于1时的泥岩基座压裂破坏型和转动破坏型危岩;第2类为主控结构面贯通率小于1时的坠落型和倾倒型危岩。利用岩石强度理论推导出研究区砂岩的二次抛物线型摩尔强度包络方程,以极限平衡理论和摩尔强度理论推导了4种危岩体在自重、地震力和裂隙水压力共同作用下的崩塌破坏判别表达式,并由此反演出危岩体的临界崩塌边界方程,得出危岩体崩塌边界(岩腔深度、危岩体厚度和高度、主控裂隙深度)之间的关系,为现场预测和判别危岩体的稳定性和崩落时序提供简便可靠的依据。