危岩主控结构面损伤—流变—断裂复合机理与稳定寿命研究

摘要

危岩是指位于陡崖或陡坡上由多组岩体结构面切割且稳定性较差的岩石块体及其组合，属于一种全球性的地质灾害，仅三峡库区便有危岩体5万多个，威胁着20余万人生命和数十亿财产安全。危岩主控结构面的扩展、失稳是危岩发育机理研究的关键问题，主控结构面的损伤、流变、断裂是主控结构面强度参数研究的重要的理论基础。本文重点对危岩主控结构面的损伤、流变、断裂问题进行了系统研究，取得的创新成果如下： (1)分析了危岩主控结构面尖端损伤场的区域特征，按损伤程度不同分为连续损伤区、损伤局部化带。在给定的连续损伤区内建立了危岩主控结构面尖端脆性几何损伤模型，推导了损伤的演化和本构方程，据此建立了考虑损伤的岩石流变-损伤本构模型，计算结果和岩石蠕变试验曲线比较吻合。 (2)建立了危岩主控结构面尖端损伤-流变-断裂的本构模型，用复变函数方法从应力边界条件着手，建立了模型半解析式，通过微小时步迭代求解，验证了模型的合理性。 (3)通过模型试验对比分析了各种类型危岩(压剪、拉剪、拉裂-压剪型)主控结构面贯通与否对尖端裂纹扩展模式的影响；在模型试验中用雁型裂纹模拟主控结构面未完全贯通情况，观察分析了岩桥附近分支裂纹生成、贯通机制；分析了拉裂—压剪型危岩两组优势结构面扩展断裂的顺序及水平结构面断裂扩展对另一组结构面的影响。就每组试验模型的荷载—应变曲线，分析了结构面尖端裂纹断裂扩展的非线性特征。针对危岩主控结构面微小裂隙水压力分布进行初步试验研究，模拟暴雨入渗状态下，裂隙水柱升高过程中，水压力分布变化情况。试验结果验证了入渗状态下裂隙水压力分布不同于经典静水压力公式。 (4)对危岩体主控结构面循环加载条件下疲劳断裂特性进行分析，计算了暴雨工况下危岩主控结构面临界扩展的裂纹(裂隙)长度；选取拉剪倾倒型危岩及压剪滑塌型危岩作为代表，分析了不同恒幅载荷谱条件下裂纹扩展疲劳寿命；应用Miner线性累积损伤准则推导了变幅荷载作用危岩疲劳寿命公式；以万州区太白岩某拉剪倾倒型危岩为例计算了不同应力幅度(工况)下危岩主控结构面疲劳寿命变化情况。并分析了岩石材料性能常数m变化对疲劳寿命的影响。 前述研究进一步推动了危岩机理研究的科学进展，为危岩稳定性分析及防治工程设计提供了重要的理论依据。

目录

文摘

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第一章绪论

第二章危岩主控结构面尖端场损伤—流变—断裂机理研究

2.1危岩主控结构面尖端损伤场研究

2.2损伤区的几何界定

2.3危岩主控结构面尖端损伤—流变场分析

2.4危岩主控结构面尖端损伤—流变—断裂模型研究

2.5本章小结

第三章危岩主控结构面压剪及拉剪断裂模型试验研究

第四章危岩主控结构面疲劳断裂寿命预测

第五章结论和建议

致 谢

参考文献：

附录：攻读学位期间参加的科研项目及发表的论文