随着我国经济建设的蓬勃发展,高速公路、铁路等基础设施建设不断向山区延伸,这必然需要面对大量的边坡工程,特别是高陡复杂的岩质边坡工程。这些伴随着山区公路、铁路的岩质边坡,不仅地质环境复杂,存在有大量结构面,而且长期受到公路、铁路交通循环荷载的影响。在这种长期的循环荷载作用下,节理岩体边坡将发生疲劳劣化,对岩质边坡的长期稳定性产生重要隐患。在对循环荷载作用下岩石的疲劳劣化变形特性、疲劳破坏规律等方面国内外不少学者都已展开了一些开创性的研究。然而特别针对含有裂隙的节理岩石在循环荷载作用下疲劳劣化的理论分析研究及其疲劳损伤过程中锚固效应、锚固机理的分析研究尚待深入,借助疲劳损伤在线监测辅助试验系统及超声波测试方法对节理岩石的疲劳损伤过程进行实时跟踪测试的研究鲜有提及,对交通循环荷载作用下节理岩体边坡的动态响应和长期稳定性的研究也有待进一步的发展。基于对前人研究的总结分析,本文提出了循环荷载作用下节理岩体边坡疲劳劣化及其锚固效应研究的课题,以实际岩体工程为背景,以砂岩为原型,用相似材料制作类岩模型试样(完整样、含裂隙试样、加锚完整试样、加锚含裂隙试样等),对循环荷载作用下的节理岩石展开相似研究。重点针对在循环荷载作用下节理试样的疲劳劣化变形规律、破坏特征、疲劳劣化机理,锚杆锚固试样在疲劳劣化过程中的锚固效应、锚固机理,超声波测试方法对节理试样及其锚固试样的疲劳劣化过程的跟踪测试,以及交通循环荷载下节理岩体边坡的动态响应和长期稳定性研究。主要研究内容及结论概括如下：(1)以砂岩为原型,采用相似材料设计并制作类岩模型试样及加锚模型试样,试样包括：完整试样、不同裂隙倾角的试样(α=0。、30。、45。、60。、90。,α指预设裂隙面和水平方向的夹角)、完整加锚模型试样、不同裂隙倾角的加锚模型试样(a=0。、30。、45。、60。、90。,α指预设裂隙面和水平方向的夹角),其中裂隙试样包括单裂隙试样和双裂隙试样,裂隙加锚试样锚杆设置位置分别为垂直裂隙方向和垂直加载力方向两种。(2)利用电液伺服加载系统,进行循环荷载作用下模型试样单轴压缩疲劳试验。借助疲劳损伤在线监测辅助试验系统,得到对损伤过程较敏感的损伤参数A值,并由A值曲线描述出试样疲劳损伤的三阶段变化规律；通过动态信号测试分析系统,研究了不同裂隙角度试样的轴向不可逆变形的疲劳损伤发展规律,据此将模型试样的疲劳损伤过程分为：初始变形阶段、等速变形阶段及加速变形阶段,研究发现这三个阶段与损伤参数A值曲线描述的疲劳损伤三阶段基本对应;分析了不同裂隙角度模型试样的疲劳破坏形态及主要破坏方式,并对其疲劳损伤机理进行了探讨。(3)结合实时在线监测系统,对有、无设置锚杆及不同锚杆设置角度的模型试样进行变形发展规律、抗压强度、疲劳寿命以及破坏形态的对比研究,并对试验中出现的几种锚杆失效模式进行分析;通过对加锚完整模型试样进行锚杆抗拔试验研究,得出循环荷载作用下锚杆抗拔力的衰减规律,并定义锚杆抗拔力衰减系数,用以直观分析循环荷载作用下锚杆的安全性。(4)对循环荷载作用下的模型试样进行实时超声波测试研究。对裂隙试样(单裂隙、双裂隙)及其锚杆锚固试样(锚杆垂直裂隙方向、锚杆垂直加载力方向)进行疲劳损伤过程中时域参数(超声波速、波形、首波波幅)的对比研究,总体上随着疲劳损伤的发展,超声波速变化较敏感,呈现出较明显的倒S形三阶段衰减规律；波形从半圆形或近似半圆形畸变为喇叭形；波形相关系数及首波波幅整体呈下降趋势。(5)借助快速Fourier变换(FFT)对声波信号进行频谱分析,对模型试样频域参数(主频、频域最大幅值)进行对比研究,发现在疲劳损伤过程中,主频与频域最大幅值变化较不敏感,一般只在试样上宏观裂纹出现以后才发生明显的大幅度的下降,且变化规律不稳定；同时运用小波变化理论分解声波信号并进行加权处理,发现加权频域参数在疲劳损伤过程中的敏感程度大于通过快速Fourier变换(FFT)得到的频域参数,对主频率尤为明显。(6)以循环荷载作用下模型试样疲劳劣化试验为基础,结合损伤力学的基本理论,选择超声波速来定义损伤变量D,对不同裂隙倾角的模型试样的初始损伤及疲劳损伤演化规律进行了研究。以试样疲劳累积损伤三阶段演化规律为基础,提出非线性三阶段累积损伤模型,从本文试验出发,对模型中各参数意义及取值范围进行了分析,并对本文试验数据进行拟合分析,拟合程度较好。提出对等幅荷载及变幅荷载下的疲劳寿命预测公式,与试验数据结果对比,具有较高的精度。(7)以交通荷载作用下锚固节理岩体边坡为研究背景,通过数值模拟研究发现在锚索自由段范围内,存在轴力值小幅下降又上升的“小平台”,其位置对应于锚索穿过节理的一小段范围,在实际工程中有助于对岩体内松散、破碎结构面或空洞的位置进行推断。对边坡在交通荷载作用下的动力响应特征进行分析,发现边坡各监测点的动力响应,除了与荷载大小、频率高低及振动持续时间有关,还与各监测点及锚索距离交通荷载作用位置的远近、所在地层物理力学参数、是否存在节理、裂隙等结构面以及是否采取支护措施等有关。当交通荷载的作用频率与坡体自振频率相接近的时候,易发生共振现象,加大边坡岩土体的损伤破坏。