循環荷載下岩坡疲勞劣化研究

《循環荷載下岩坡疲勞劣化研究》是依託福州大學，由簡文彬擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：循環荷載下岩坡疲勞劣化研究
• 依託單位：福州大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：簡文彬

項目摘要

隨著高速鐵路、高速公路等不斷向山區延伸，邊坡工程問題日益突出。列車高速運行引起的周圍邊坡的振動、地基振動、永久變形以及一系列相關的動力學和邊坡失穩災害與環境損傷防治問題已經成為亟待解決的關鍵問題。通過室內及現場測試與分析，採用不連續介質力學理論、隨機過程理論、疲勞累積損傷理論以及有限元技術，研究循環荷載下岩石節理力學行為，研究循環荷載作用下節理岩體邊坡疲勞劣化和回響規律，揭示其疲勞劣化機理及其關鍵性影響因素；建立描述疲勞劣化的力學模型，進行節理岩體邊坡疲勞劣化的診斷；提出節理岩體邊坡抗疲勞設計參數及其控制技術。研究成果將為循環荷載作用下節理岩體邊坡的變形特性的計算、分析和治理提供重要的依據，對減少或避免各類環境振動造成的岩土災害、對循環荷載下邊坡的長期安全性及耐久性具有重要的理論研究意義及實際意義，具有廣闊的套用前景。

結題摘要

邊坡岩體在動荷載長期作用下可能發生疲勞破壞，進而誘發邊坡失穩。然而，對於循環荷載下節理岩體邊坡的劣化、結構面對岩質邊坡穩定性的影響則研究不夠。採用室內模型試驗、數值仿真以及現場工程邊坡實例研究相結合的方式開展研究。研究成果對動荷載下岩質邊坡加固設計和邊坡耐久性評估具有重要的理論及實際意義。 研究得到的主要創新性成果有： （1）循環荷載下裂隙岩體的疲勞變形曲線受其靜態全過程曲線控制，其疲勞累積損傷演化過程也具有倒S形三階段特徵。可以通過對Hoek-Brown準則進行修正來估計實際岩體在疲勞荷載下的力學參數演化特徵。推導的循環剪下本構模型較真實地反映了結構面在循環剪下下強度劣化和剛度退化的性質，且具有參數數量少、確定方便的優點。 （2）爆破荷載對邊坡的影響範圍有限，大致局限於高程等於動荷載輸入面的尺度，水平距離等於動荷載輸入面尺度兩倍的範圍內。各級台階的坡腳，尤其是最低一級台階的坡腳是最容易發生疲勞破壞的部位。相比於地震荷載，爆破荷載引起結構面劣化的程度較小，但更容易使邊坡在動荷載作用期間發生失穩。多次爆破荷載作用下，邊坡安全係數最大值隨爆破次數單調下降。 （3）藉助疲勞損傷線上監測輔助試驗系統，得到對損傷過程較敏感的損傷參數A值，並由A值曲線描述出試樣疲勞損傷的三階段變化規律；據此將模型試樣的疲勞損傷過程分為：初始變形階段、等速變形階段及加速變形階段。 （4）通過對加錨完整模型試樣進行錨桿抗拔試驗研究，得出循環荷載作用下錨桿抗拔力的衰減規律，並提出了循環荷載下錨桿抗拔力衰減係數，用以直觀分析循環荷載作用下錨桿的安全性。 （5）對裂隙試樣(單裂隙、雙裂隙)及其錨桿錨固試樣進行疲勞損傷過程中時域參數的對比研究，總體上隨著疲勞損傷的發展，超音波速變化較敏感，呈現出較明顯的倒S形三階段衰減規律。 （6）以循環荷載作用下模型試樣疲勞劣化試驗為基礎，選擇超音波速來定義損傷變數D，對不同裂隙傾角的模型試樣的初始損傷及疲勞損傷演化規律進行了研究。以試樣疲勞累積損傷三階段演化規律為基礎，提出非線性三階段累積損傷模型。 （7）以交通荷載作用下錨固節理岩體邊坡為研究背景，通過數值模擬研究發現在錨索自由段範圍內，存在軸力下降又上升的“小平台”，其位置對應於錨索穿過節理的一小段範圍，在實際工程中有助於對岩體內鬆散、破碎結構面或空洞的位置進行推斷。