類砌體結(jié)構(gòu)型危巖座潰解體力學(xué)機制研究.pdf

1、危巖崩塌是灰?guī)r地區(qū)一類常見的地質(zhì)災(zāi)害,有別于紅層地區(qū)危巖崩塌,其具有崩塌規(guī)模大、破壞模式復(fù)雜以及崩塌危巖解體導(dǎo)致破壞范圍大和致災(zāi)后果嚴重的特點?；?guī)r地區(qū)危巖體內(nèi)層面及其它各類結(jié)構(gòu)面較發(fā)育,受各類結(jié)構(gòu)面橫豎交錯切割,巖體完整性較差,具有典型的類砌體結(jié)構(gòu)特征,在座潰破壞模式條件下,崩塌過程極易產(chǎn)生解體效應(yīng),故開展灰?guī)r地區(qū)類砌體結(jié)構(gòu)型危巖座潰解體研究,積極探索座潰解體過程所蘊含的相關(guān)力學(xué)機理,尋找灰?guī)r地區(qū)危巖體崩塌解體力學(xué)判據(jù),服務(wù)于危巖地區(qū)

2、高位危巖崩塌地質(zhì)災(zāi)害危險性評估具有重要意義。本文以重慶南川金佛山甄子巖危巖崩塌體為研究對象,在對其進行地質(zhì)模型概化的基礎(chǔ)上采用波動力學(xué)、斷裂力學(xué)等方法對危巖崩塌解體過程進行了理論分析,初步探討并揭示了類砌體結(jié)構(gòu)型危巖座潰解體力學(xué)機制,相關(guān)研究成果如下:
　　(1)將灰?guī)r地區(qū)危巖體概化為類砌體結(jié)構(gòu)模型,基于應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)面間傳播時具有非線性位移不連續(xù)特點,采用非線性方法,在時域范圍內(nèi)建立了結(jié)構(gòu)面非線性位移不連續(xù)模型（雙曲模型）,同時依

3、據(jù)所建立的非線性模型,利用結(jié)構(gòu)面間的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,在時域內(nèi)推導(dǎo)了沖擊應(yīng)力波在非線性法向變形結(jié)構(gòu)面間傳播的波動方程,初步揭示了沖擊應(yīng)力波在多層結(jié)構(gòu)面間的傳播規(guī)律。
　　(2)基于斷裂力學(xué)和波動力學(xué),研究發(fā)現(xiàn)危巖體內(nèi)沖擊應(yīng)力波的傳播方向與裂紋動態(tài)擴展方向近于垂直,裂紋面處產(chǎn)生的反射拉伸波與入射波相互疊加,垂直于裂紋面方向的應(yīng)力場表現(xiàn)出拉-壓交替動態(tài)變化,裂紋擴展具有“波浪式”動態(tài)演化特征。
　　(3)類砌體結(jié)構(gòu)型危巖體解體是沖

4、擊應(yīng)力波與結(jié)構(gòu)面相互作用的結(jié)果,沖擊應(yīng)力波在裂紋處產(chǎn)生的拉應(yīng)力將加劇裂紋的擴展,通過對沖擊應(yīng)力波垂直入射結(jié)構(gòu)面裂紋時產(chǎn)生的拉應(yīng)力進行求解,建立了沖擊應(yīng)力波作用下裂紋尖端應(yīng)力強度因子表達式。
　　(4)從能量角度剖析,危巖體沖擊下座伴隨著能量的變化,主要表現(xiàn)為危巖體的重力勢能轉(zhuǎn)化為彈性勢能、動能以及表面能。當(dāng)裂紋擴展所釋放的彈性應(yīng)變能大于裂紋建立新表面所需的表面能時,裂紋就將會發(fā)生自行擴展,為此本文提出了類砌體結(jié)構(gòu)型危巖結(jié)構(gòu)面斷裂的