坠落式危岩崩落的激振效应与求解

群发性危岩破坏机理必须考虑危岩体之间的相互作用,研究危岩体崩落瞬时产生的激振波对相邻危岩稳定性影响具有重要意义。本文针对坠落式危岩,建了考虑危岩崩落激振效应物理模型,分析了危岩崩落激振波以正入射危岩主控结构面的受力特征;运用断裂力学方法,考虑自重和裂隙水压力影响因素下,构建了考虑危岩崩落激振作用的主控结构面联合应力强度因子计算方法。通过工程实例分析表明,考虑危岩崩落激振效应后,在天然和暴雨两种工况下应力强度因子值都有明显增加趋势,崩落激振波以竖直平方传播比水平方向山体里传播影响要大得多。其研究成果对实施危岩防灾减灾提供了重要的科学依据。     

强震荷载下裂缝岩体拉剪破坏机理

崩塌是地震诱发的最严重次生地质灾害之一,但目前有关地震崩塌的力学机理还不清晰。为此,基于天然危岩体的宏观结构特征,从岩石断裂力学的角度入手,对比分析了不同震波模式下裂缝的失稳扩展条件,确立了拉剪破坏的危岩失稳机制;继而以能量法为手段,研究了震波能量在危岩体中的输入和耗散机制,解析拉剪条件下裂缝的扩展方向和危岩失稳机理,给出裂缝扩展的加速度临界值ac和扩展量的计算方法;最后,通过具体算例验证了模型的合理性;结果显示,震时危岩体的失稳是裂缝在拉剪震波作用下沿震波入射垂直方向间断扩展累积的结果。     

危岩破坏激振信号概率统计特征研究

具有复杂成生关系的危岩块聚集体是孕发大型及特大型崩塌灾害的基本条件,聚集体内任何一个危岩块的突发性破坏均会释放能量,并向周围传播,产生激振效应,可用激振加速度表征危岩破坏激振信号。针对坠落式危岩,通过室内模型试验,分析了实验条件下危岩破坏激振信号的概率统计特征。分析结果表明,危岩破坏所释放的能量具有点荷载特征,激振信号具有一定的自相关性;激振信号的概率密度呈现单峰型近似正态分布,概率密度水平方向的峰值强度大于竖直方向的峰值强度;危岩破坏瞬间,距离激振源越近,激振信号的均值、有效值和标准差数值越大,且竖直方向的量值大于水平方向的量值;危岩块之间界面的完整性影响着激振信号的传递效果,完整性越好,激振信号的统计特征值及概率密度峰值越大,激振信号衰减用时越长。研究成果对于实施考虑相似条件下危岩破坏激振效应实验研究有积极意义。     

基于三维能量屈服准则的新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度统一计算方法

已有新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度的计算方法分为考虑正应力和不考虑正应力2类,两类方法不仅存在理论依据不充分的问题,而且计算精度也有待提高,能够考虑正应力以及正应力为0的统一计算公式还未见报道。根据剪切试验破坏特征、机理,分析新老混凝土无锚筋结合面破坏机构,基于三维能量屈服准则、虚功原理和塑性极限分析理论,详细推导新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度理论计算公式。引入考虑正应力和粗糙度的综合影响系数,基于已有剪切试验数据并借助三维曲线拟合技术对理论公式进行修正,得到新老混凝土无锚筋结合面抗剪强度统一计算公式。采用不同方法对27个新老混凝土无锚筋结合面压(拉)剪复合受力试验试件以及30个新老混凝土无锚筋结合面纯剪试验试件进行抗剪强度计算,对比分析结果表明:统一计算方法理论依据充分、计算简便,既可用于压(拉)剪复合受力构件,也可应用于纯剪受力构件;对于压(拉)剪复合受力试验试件,该文方法计算值与试验值的偏差率大都在±15%以内,统一计算公式的计算精度高于已有考虑正应力的计算方法;对于纯剪试验试件,该文方法计算值的偏差率大都在±20%以内,除计算低强度混凝土试件偏差率较大之外,统一计算公式的计算精度明显高于已有不考虑正应力的计算方法。     

桩端岩溶顶板的破坏特征试验与理论计算模型研究

基于分离相似设计方法,开展了顶板厚度和溶洞直径变化下桩端顶板的破坏特征模型试验,并构建了相应的安全厚度理论计算模型。1)溶洞顶板厚度的大小影响了桩基嵌岩端荷载的传递路径,厚度越大传递范围越广,形成的剪切带体积越大。顶板厚度t≤1.0d时(d为桩径)顶板临空面处易发生冲切破坏,此时溶洞顶板的自身稳定性起控制作用,顶板厚度越小,溶洞临空面处脱落体积越小;顶板厚度1.0dt≤2.0d时,表现为锥形冲切失稳驱动上部剪切错动的破坏;顶板厚度t2.0d时,表现为上部剪切错动驱动临空面的锥形冲切失稳,且溶洞直径小于剪切错动体的横向宽度时,剪切破坏最终发生在桩-岩界面的竖向投影范围以内。顶板厚度较小,对应的Q-S曲线为典型的陡降型曲线,而厚度较大时Q-S曲线为典型的缓变型。2)顶板具有一定厚度情况下(t≥2.0d),洞径较小(l≤3.0d)时,桩端剪切变形较为显著,上部剪切错动达到一定程度后,顶板临空面才发生冲切破坏,此时Q-S曲线呈现缓变型趋势;洞径较大时(l3.0d),顶板临空面处冲切现象较显著,且洞径越大锥形冲切块的体积越大,此时Q-S曲线呈陡降型变化特征。3)以锥形冲切破坏计算模型进行工程设计风险较大,而冲-剪破坏理论模型与顶板岩体强度、完整性、桩径、嵌岩深度、施工方法及工艺等相关,故现场条件下即可计算出顶板的最小安全厚度值。     

压剪作用下PVA纤维再生混凝土力学性能试验研究

为了研究压剪作用下外掺聚乙烯醇(PVA)纤维对再生混凝土力学性能的影响,以再生粗骨料取代率、压应力比和PVA纤维体积掺量为变化参数,设计并制作144个立方体试件进行压剪试验。观察了试件的破坏形态,得到了荷载-位移曲线及垂直变形-剪切位移曲线,分析了不同变化参数对抗剪强度、峰值位移的影响规律。结果表明：0.1%体积掺量的PVA纤维对再生混凝土的抗剪强度提高了10%;随着压应力比的增大,试件的抗剪强度呈增大趋势,平均增大了2.03倍;与普通混凝土相比,再生混凝土试件的抗剪强度平均降低了13%;当再生粗骨料取代率为100%时,PVA纤维最佳掺量为0.1%;提出了纤维掺量为0.1%时压剪作用下PVA纤维再生混凝土抗剪强度计算公式。     

基于突变理论的滑坡时间预测模型

考虑滑而介质的流变特性结合滑坡监测资料,运用尖点突变模型中状态变量的突变来反映滑体的突滑,建它了一个滑坡时间预测模型.基于突变理论,分析了单滑面滑坡的失稳机制,分析结果表明:滑体突滑失稳的必要条件仅取决于滑动面剪切段介质和蠕滑段介质的刚度比.根据尖点突变理论的分叉集方程,得到了滑坡突变时间的计算公式,为滑坡预报提供了初...     

危岩破坏激振信号局部和细节信息特征

危岩属于一种突发性地质灾害,危岩破坏会突然释放能量,以激振波的形式向邻近危岩块传递,劣化相邻危岩体的稳定性。通过坠落式危岩破坏激振效应模型试验,对采集的激振信号进行小波滤噪处理,选取模型试验第25~35 ms共10 ms时间段的激振信号,作为分析激振信号局部和细节信息特征的基础数据。分析结果表明,实验条件下分析时段内,危岩破坏激振信号局部信息存在周期性,激振信号在水平方向存在8~9个激振峰,周期1.0~1.4 ms,在竖直方向存在3~4个激振峰,周期2.2~3.0 ms;测点与激振源之间的距离影响着激振信号的峰值强度,距离越近,峰值强度越大;危岩块之间界面的完整性对激振信号出现频率和峰值强度都有显著影响,激振信号穿过不完整的界面后激振信号主峰存在一定滞后性,实验条件下滞后时间10 ms左右;危岩破坏激振信号的局部和细节信息基本都在细节系数中予以体现,尤其是主频率主要位于d3~d7所对应的中频细节信息内。研究成果对于进一步实施危岩破坏激振效应的相似模型试验具有积极意义。     

一个基于细观物理机制的土石混合料抗剪强度理论模型

土石混合料是由多粒组矿物颗粒集成的多相天然地质材料,具有显著的跨尺度层次物质群体自然特征。为考虑不同粒组颗粒对土石混合料抗剪强度的影响,根据土石混合料变形时不同粒组颗粒的细观运动特征,将其划分为基体和块石两相复合材料。基于剪应力绕流效应和Eshelby-Mori-Tanaka等效夹杂平均应力原理建立考虑块石转动位移的土石混合料细观抗剪强度理论模型。制备不同块石含量的土石混合料工程原位试样进行3组现场大型直剪试验,分析块石含量对土石混合料抗剪强度的影响规律并确定模型参数。试验结果和理论研究均表明:块石显著影响土石混合料的变形特征且土石混合料的抗剪强度随块石含量的增加而增加。基体的剪应力绕流效应诱发块石产生转动抗力和基体出现应力集中而导致土石混合料在变形时比纯基体材料储存或释放更多的能量,是块石对土石混合料抗剪强度增益的细观物理机制。基于细观物理机制的土石混合料剪应力-剪切位移计算公式,初步验证了理论预测与试验结果的一致性。     

空气间隔装药爆破动态应力场特性研究

采用动力有限元分析软件并结合混凝土损伤模型,对上部空气层间隔装药爆破作用下岩石动态应力场特性进行了分析研究.计算结果表明:受自由面以及炮孔内加、卸载波两方面的影响,临空面单元随着位置的增加,破坏方式由压剪破坏逐渐转变为剪切拉伸破坏.比较反向起爆与正向起爆动态应力场发现,反向起爆时爆轰气体对岩石的静态作用强度高、时间长,有利于克服孔底岩石所受的夹制力而不易产生根底.正向起爆时,大量爆轰气体自上部裂纹及孔口逸散,不利于爆炸能量的有效利用.