巖質(zhì)邊坡階梯狀滑移機制顆粒流模擬及穩(wěn)定性研究.pdf

1、巖質(zhì)邊坡階梯狀滑移破壞是一類常見的邊坡破壞失穩(wěn)模式，如在小灣水電站壩區(qū)岸坡中，受陡、緩兩組結(jié)構(gòu)面控制的高邊坡淺表層強卸荷帶階梯狀滑移非常普遍。傳統(tǒng)的研究方法如極限平衡條分法、基于介質(zhì)連續(xù)性假設(shè)的有限元法對這類結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的邊坡變形破壞分析和穩(wěn)定性評價尚存在不足。本文依托導(dǎo)師的國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目（No.40902078）和國家自然科學(xué)基金面上項目（No.41172243），以顆粒流理論為基礎(chǔ)，從巖橋貫通機制出發(fā)，利用PFC2D

2、軟件從細(xì)宏觀角度模擬研究了巖質(zhì)邊坡階梯狀滑移機制，并以相關(guān)力學(xué)理論為手段建立了邊坡穩(wěn)定性評價模型。本文主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　①基于單軸壓縮、剪切和單側(cè)卸荷數(shù)值試驗，從細(xì)宏觀角度模擬分析了不同裂隙巖樣巖橋貫通破壞機制。單軸壓縮下當(dāng)裂隙傾角緩或中緩且?guī)r橋傾角合適時易發(fā)生巖橋貫通，且可以按貫通裂紋性質(zhì)分為張拉、剪切和張剪復(fù)合貫通三種模式。當(dāng)裂隙傾角≤30°、巖橋傾角≥90°時易發(fā)生巖橋張拉貫通，而當(dāng)巖橋傾角60°時均為剪切貫通，

3、張剪復(fù)合貫通在巖橋較長時偶有出現(xiàn)。單側(cè)卸荷作用下也發(fā)現(xiàn)了巖橋張拉、剪切等貫通模式。剪切作用下巖橋主要有壓張貫通、成核破壞和兩者的結(jié)合等貫通破壞形式。
　　②基于單軸壓縮數(shù)值試驗，揭示了裂隙巖樣變形和強度特征，并給出壓剪應(yīng)力下裂隙起裂、巖橋張拉貫通和剪切貫通強度準(zhǔn)則。將單軸壓縮下巖樣變形分為彈性變形階段、巖橋裂紋穩(wěn)定擴展階段、巖橋裂紋不穩(wěn)定擴展階段和峰后整體破壞階段。巖樣彈性模量隨裂隙傾角增大總體先減小再增大，裂隙傾角30°時最小；

4、當(dāng)裂隙傾角小于45°時隨巖橋傾角增大而減小，裂隙傾角≥45°時隨巖橋傾角增大先減小再增大，并在巖橋傾角90°時最?。粡椥阅Ａ侩S巖橋長度增大而增大。巖樣峰值強度隨裂隙傾角增大總體先減小再增大，裂隙傾角30°時最低；隨巖橋傾角增大也是先減小再增大，巖橋傾角90°時最低；隨巖橋長度變化總體在12mm時最大，24mm時其次，6mm時最小。
　?、蹖Ω呕倪吰聰?shù)值模型進行重度增加法計算，分析了不同裂隙和巖橋布置的邊坡階梯狀滑移變形破壞形式。

5、巖橋傾角60°和45°時，滑裂面主要由巖橋剪切貫通形成，巖橋傾角≥90°時主要由巖橋張拉貫通形成，長巖橋情況下可由巖橋張剪復(fù)合貫通形成。一般在滑裂帶發(fā)育向坡表發(fā)展的張裂紋，尤其坡體后緣張拉裂紋常貫通至坡表。邊坡首先是沿著緩傾裂隙發(fā)生階梯狀滑移，坡體位移大小大致具有按裂隙、裂紋切割的分區(qū)特征，最終邊坡破壞表現(xiàn)為整體滑移而局部塊體分離。
　　④通過細(xì)宏觀力學(xué)過程分析，闡述了巖質(zhì)邊坡階梯狀滑移機制。重力作用下邊坡階梯狀滑移是一個從下而上

6、逐個巖橋貫通的漸進性過程。巖橋和裂隙尖端一般具有滑前應(yīng)力集中和滑后應(yīng)力釋放的過程。后緣張裂紋發(fā)展貫通是下部坡體的牽拉作用造成，具有普遍性。邊坡階梯狀滑移過程大致可分為坡體穩(wěn)定變形階段、下部巖橋貫通破壞階段、后續(xù)巖橋貫通-坡體后緣張裂階段、整體沿貫通面滑移階段共4個階段。其中第三個階段為滑裂帶最終貫通階段，其起點可認(rèn)為是臨界失穩(wěn)點。
　　⑤在巖質(zhì)邊坡階梯狀滑移過程機制研究基礎(chǔ)上，基于極限平衡、莫爾-庫倫準(zhǔn)則等力學(xué)理論，建立了巖橋剪切