裂隙岩质边坡渐进破坏过程模拟

发布时间：2019-08-02 14:58

【摘要】：沿裂隙面滑移破坏是岩质边坡最常见的失稳类型之一。裂隙面物理力学特性与其上部覆盖岩体存在较大的差异,在降雨、渗流、风化和地震等外在因素作用下,坡体与裂隙面的强度产生不同程度的降低,引起边坡和裂隙面发生差异性变形。张拉裂隙自裂隙面起裂向岩桥以及坡面扩展贯通,从而导致边坡失稳破坏。本文采用改进刚体弹簧方法,模拟了含单裂隙和双裂隙岩体的破坏过程,分析了裂隙几何参数对岩体破坏过程的宏细观影响机制,并对裂隙岩质边坡渐进破坏过程进行了模拟,分析了裂隙岩质边坡破坏模式类型,阐述了岩桥扩展贯通机制,并得出了如下主要结论:(1)通过模拟含张开单裂隙岩体的单轴压缩试验,研究了裂隙倾角、长度、张开度、岩桥倾角和长径比对岩体强度和破坏模式的影响。岩体试样强度随裂隙角度增大先减小后增大,当裂隙倾角45°时强度最低;随裂隙长度随长径比的增大呈逐渐降低趋势,裂隙张开度对强度的影响相较于其他影响因素几乎可以忽略不计。不同裂隙几何分布和长径比对岩体裂隙起裂位置、扩展贯通路径有不同程度的影响,但其总体上都是由翼裂纹向端部贯通引起的张拉破坏。(2)通过模拟含张开双裂隙岩体的单轴压缩试验,研究了岩桥倾角对岩体试样强度和最终破坏模式的影响。岩体试样强度随岩桥倾角增大表现出先减小后增大的规律,其中岩桥倾角为60°时强度最低。当岩桥倾角β=0°和30°时,裂隙试样发生翼裂纹贯通破坏,而岩桥破坏并未贯通;当岩桥倾角β=60°时,岩桥发生拉剪复合破坏,与翼裂纹共同造成试样破坏;当岩桥倾角β=90°和120°时,预制裂隙内部由翼裂纹与预制裂隙搭接,形成“鱼眼”状的破坏区域,发生翼型裂纹与预制裂纹搭接贯通破坏。(3)通过定义张拉型Ⅰ,张拉型Ⅱ和拉剪型Ⅲ三种位移场类型,揭示了裂隙试样裂纹的开裂扩展贯通均是由于颗粒在张拉应力作用下发生相对位移所致,且随着应变的增加,其张拉趋势逐渐由相对张拉向绝对张拉转变。从而揭示了单轴压缩条件下裂隙岩体试件宏观裂纹主要是由张拉所致的细观本质。(4)通过模拟裂隙边坡渐进破坏过程,总结了裂隙边坡岩桥张拉破坏、剪切破坏和拉剪破坏三种贯通方式。当连续性??0时,岩桥主要发生张拉破坏,?(29)0时,岩桥主要发生拉剪复合破坏,且?值越大,剪切破坏占得比重越大,其稳定性也逐渐提高,表明裂隙面对边坡的稳定性具有主导性作用。(5)通过模拟随机岩桥边坡失稳滑移破坏过程得出其裂隙扩展遵循先内后外,再由外至内,由下到上的顺序。即首先从内部预制裂隙开始,然后向坡表扩展,当预制裂隙全部破坏之后,岩桥贯通从坡表向坡内逐渐发展。相较于单岩桥和多岩桥裂隙边坡的单一滑裂面,随机岩桥裂隙沿着阻力最低的扩展路径开裂,滑裂面可能有多个,较易发生块体与边坡分离,滚落至坡脚的行为。(6)基于细观位移场矢量图可以看出边坡预制裂隙面上部(坡表)位移远大于其下部(坡内)位移,裂隙面上部坡体的下部位移又远大于上部位移,坡顶位移最小。表明边坡失稳过程是由坡表渐进向内进行,坡体的整体滑移失稳破坏是由下部岩体的牵拉引起的张拉应力所致。
【图文】：

裂隙岩质边坡渐进破坏过程模拟

边坡滑动失稳破坏模式

裂隙岩质边坡渐进破坏过程模拟

典型岩质边坡阶梯状失稳破坏模式
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU45

【参考文献】