均质岩坡锁固段破坏特征及前兆信息试验研究

作     者：霍冬冬 

作者单位：成都理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱星;魏安辉

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：岩质边坡 锁固段 岩桥 声发射 数值图像相关 PFC 

摘      要：我国西南地区为环青藏高原东侧大陆地形第一个坡降地带,在活跃的地质构造活动、陡峭的地形地貌条件和极端气候条件等内外动力条件综合作用下,大型锁固型岩质滑坡非常发育。锁固型岩质滑坡在孕育过程中受阻于锁固段,导致该部位承受应力集中,在长期蠕变或者外界强扰动作用力下,锁固段突发性失效导致能量急剧释放而形成灾难性滑坡,具有较强的隐蔽性和突发性;滑坡体脱离母岩后在强大动能的作用下与周围山体撞击、解体后以碎屑流形式向前运动,极大增强了滑坡的破坏性,扩大了灾害范围,防灾减灾难度极大。对锁固段损伤演化规律和前兆特征开展试验研究,可对锁固段岩体破裂机理模式得到进一步认识,并对该类滑坡突发性失稳的前兆探测与预警具有一定的现实意义。鉴于此,本文通过对制备的“三段式锁固段试验模型开展垂向加载破坏试验,利用声发射探测技术和数字图像采集与校正方法,深入分析了不同岩石材料、岩桥角不同空间分布情况下锁固段损伤演化规律及前兆特征。在此基础上,使用PFC数值模拟方法从细观的角度进一步分析多工况条件下锁固段变形破坏模式。并得出以下结论:（1）试验模型的抗压强度与锁固段的空间分布有关,随着岩桥角度的增加模型的抗压强度也随之升高。在锁固段破坏方面,裂纹的起裂模式均以翼型裂纹为主;岩桥角为70°和90°时,破坏方式由张拉破坏向张拉-剪切混合破坏方式过度;岩桥角为110°时,砂岩试验模型锁固段为张拉-剪切混合破坏方式,而花岗岩试验模型不发生破坏;岩桥角为130°时,两类试验模型锁固段均不发生破坏。（2）数字图像相关测量技术通过对全局应变场的测量可以观测到应变的累计过程,因此可以提前预判变形发展趋势。通过对锁固段部位应变场的分析发现,预制裂隙内尖端会出现应变集中的现象,尤其在蠕滑段尖端附近区域应变值最大,且应变方向平行于应力加载的方向。（3）PFC数值分析软件可以较好的模拟锁固段损伤裂纹演化规律,锁固段试验模型的破坏方式与物理试验结果基本一致。同时发现,砂岩锁固段裂纹延伸长度明显小于花岗岩锁固段裂纹延伸长度。并且,从位移量分析可知,砂岩锁固段试验模型滑体位移量大于花岗岩锁固段试验模型滑体位移量。（4）花岗岩试验模型产生的声发射数量大于砂岩,且随着岩桥角度的增加,声发射数量也随之增加。在前兆特征方面,试样发生破坏前,振铃计数和累计能量同时出现猛烈陡增的现象,预示着锁固段即将发生失稳破坏;通过模糊C均值聚类分析法对峰值频率分布情况进行聚类分析研究,当声发射信号中持续出现峰值频率为160KHz或280KHz左右的特征信号时,预示着试样正处于塑性变形阶段或峰值破坏阶段,锁固段即将失稳。