岩质边坡“锁固段”岩桥脆性破坏机理研究

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在我国西南山区由于地质条件极为复杂,导致岩质高边坡的稳定性以及灾害防治问题尤为严峻。锁固段型岩质边坡是最为常见的一种大型岩质边坡破坏模式,锁固段型岩质边坡是指在其滑带中存在强度相对较好的岩桥段,而岩桥锁固段则是岩质边坡的稳定性的主控因素。通常大型岩质滑坡的发生一般都伴随着滑动面上锁固段应力集中和突然脆性破坏,锁固段在岩质边坡的变形控制与稳定性机制中具有重要地位,也是岩质边坡地质灾害评价与控制的关键。锁固段型岩桥破坏机理研究的不足与其重要性成为大型岩质边坡稳定性控制的突出矛盾。本文通过对岩桥岩样开展单轴压缩试验以及一系列三轴加卸荷试验,辅以声发射监测系统,深入分析不同应力状态下“锁固段”型岩桥的力学特性以及破坏模式,探究“锁固段”型岩桥破坏机理。在此基础上,提出基于条分-软化法的边坡脆性破坏的稳定性评价新方法,并以丹巴县城后山滑坡为背景,对研究成果进行了验证,主要获得研究成果如下:(1)不同应力状态下岩桥岩样的应力-应变曲线,根据裂纹扩展过程可将其大致分为5个阶段:压密阶段;线弹性变形阶段;塑性变形阶段;破坏阶段;残余强度阶段。(2)岩样峰值强度及峰值应变均表现为随着岩桥长度增加而增大,随围压的增加而增大的特点,岩桥岩样呈现出一种典型的脆性破坏。岩样内摩擦角随着岩桥长度的增加而增大,从而影响岩样破坏面的角度。三种加载模式下岩桥岩样的强度以及变形特征大小依次为三轴加卸荷>三轴加荷>三轴卸荷。(3)岩桥岩样的应力-应变曲线存在“峰前波动”和“峰后回升”现象。“峰前波动”现象是由于岩样中裂缝的局部搭接和贯通引起的应力-应变曲线的波动。“峰后回升”现象则是由于岩样贯通破坏之后,剩余岩体仍存在一定的残余承载力,使得应力应变曲线有一定阶段的缓慢上升。(4)岩样破坏模式主要概括为5种:(1)由下部节理尖端向上扩展裂纹,岩桥区域产生贯通性破坏;(2)由下部节理尖端向上扩展裂纹,贯通岩样上端面;(3)由下部节理尖端向内扩展裂纹,将岩样环向挤压破坏;(4)由下部节理尖端向外扩展裂纹,将岩样环向张拉破坏;(5)由下部节理尖端向下扩展裂纹,贯通岩样下端面。岩样的破坏均为单种破坏模式或多种模式的组合。岩样宏观主裂纹的延伸方向基本都平行于轴向荷载方向或与轴向荷载方向呈小角度相交,轴向荷载为岩样裂纹扩展的主控因素。岩样局部的宏观裂纹产生基本都对应着应力的突降。(5)不同阶段岩桥岩样的声发射特征变化极为显著,其变化趋势可在一定程度上为岩样整体破坏提供预警的作用。岩桥岩样一般有两次应力大幅度跌落的情况出现,此时声发射事件的计数率以及能量均会达到峰值。两次应力跌落间的阶段被称之为“平静期”或“峰后回升”,此阶段声发射特征与塑性变形阶段相似,但声发射事件的计数率以及累计能量明显更大,岩桥岩样在“平静期”或“峰后回升”阶段仍较快速率稳定扩展,从而导致岩桥岩样整体贯通破坏。(6)提出一种将瑞典条分法以及应变软化理论相结合的边坡动态渐进破坏的稳定性评价新方法。对于不同脆塑性的岩土体而言,软化模量的不同会导致边坡安全系数改变,峰后强度指标跌落越快,则边坡安全系数越小。在基于条分-软化法的边坡动态稳定性评价中强度指标的跌落(软化)同样也存在双折减系数,即φ的折减系数小于c的折减系数。在此基础上提出了考虑锁固段脆性破坏的安全系数评价方法,为岩质边坡稳定性评价提供了新途径。
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