高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的爆破動力擾動機制結(jié)題摘要

爆破動力擾動是高陡邊坡巖體失穩(wěn)的常見誘因。本項目以大型水利水電工程高陡邊坡巖體開挖爆破對邊坡穩(wěn)定性的擾動為研究主線，采用理論分析、數(shù)值模擬與現(xiàn)場試驗相結(jié)合的研究方法，研究了爆破動力擾動下高陡邊坡巖體的穩(wěn)定性。項目分析了邊坡體中爆破振動荷載的傳播與衰減規(guī)律及其頻譜特性，揭示了邊坡爆破振動放大效應的產(chǎn)生機理；研究了爆破振動參數(shù)間的內(nèi)在關(guān)系及潛在滑坡體的受力特征，建立了爆破振動作用下邊坡動力穩(wěn)定性的力學模型及其安全判據(jù)，研究了基于剛體極限平衡法的高陡邊坡爆破動力穩(wěn)定性分析方法，提出了邊坡爆破動力穩(wěn)定性控制標準的確定方法。研究成果在大型水利水電工程建設(shè)、露天礦山開采、交通工程建設(shè)等領(lǐng)域具有廣闊的工程應用前景。結(jié)合項目研究，已發(fā)表論文14篇，其中SCI收錄4篇，EI收錄7篇；獲授權(quán)發(fā)明專利3項，受理發(fā)明專利10余項，并獲國家科技進步獎1項，培養(yǎng)研究生5名。 2100433B

爆破動力擾動是高陡邊坡巖體失穩(wěn)的常見誘因。本項目以大型水利水電工程高陡邊坡巖體爆破開挖對邊坡穩(wěn)定性的擾動為研究主線，采用理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場與模型試驗相結(jié)合的研究方法，研究爆破動力擾動下高陡邊坡巖體的穩(wěn)定性。通過分析邊坡體中爆破振動荷載的傳播與衰減規(guī)律及其頻譜特性，揭示邊坡爆破振動放大效應的產(chǎn)生機理；研究爆破振動對軟弱結(jié)構(gòu)面強度的影響，建立爆破振動參數(shù)與結(jié)構(gòu)面強度變化間的數(shù)學模型；分析爆破振動參數(shù)間的內(nèi)在關(guān)系及潛在滑坡體的受力特征，提出爆破振動作用下邊坡動力穩(wěn)定性的力學模型及其安全判據(jù)，建立基于有限元及剛體極限平衡法的高陡邊坡爆破動力穩(wěn)定性分析方法，提出邊坡爆破動力穩(wěn)定的控制標準，形成系統(tǒng)的高陡巖質(zhì)邊坡爆破動力穩(wěn)定性分析與評價方法。研究成果在大型水利水電工程建設(shè)、露天礦山開采、交通工程建設(shè)等領(lǐng)域具有廣闊的工程應用前景。

循環(huán)動荷載下軟弱夾層動力響應特性及其誘發(fā)復合巖體動力失穩(wěn)災變的內(nèi)在機制及其演化過程十分復雜，有待深入探索和進一步研究。 本項目以循環(huán)爆破擾動下含軟弱夾層復雜巖質(zhì)邊坡動力失穩(wěn)災變?yōu)檠芯繉ο螅瑢⒃囼炑芯?、理論分析與數(shù)值模擬有機結(jié)合，以循環(huán)動荷載作用下軟弱夾層土的動力響應為基礎(chǔ)和紐帶，建立循環(huán)爆破擾動下含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡動力失穩(wěn)災變機制研究體系。首先，通過動三軸試驗，探尋循環(huán)動荷載作用下軟弱夾層土的強度參數(shù)劣化和變形累積演化規(guī)律；其次，利用Newmark滑塊位移法建立循環(huán)爆破擾動下含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)分析方法；再次，根據(jù)軟弱夾層發(fā)育特征，建立含軟弱夾層復合巖體質(zhì)量分級評價方法；最后，利用FLAC3D數(shù)值模擬方法系統(tǒng)研究多因素和多工況條件下含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性。 研究結(jié)果表明：（1）軟弱夾層累積應變規(guī)律具有破壞型特征，隨含水率和黏粒含量增大而增大，隨圍壓增大先減小后增大；動彈性模量隨圍壓增大單調(diào)遞增，隨循環(huán)周次和含水率增大單調(diào)遞減。（2）軟弱夾層的動強度受主要黏土礦物成分和黏粒含量共同影響；動粘聚力與主要黏土礦物成分的工程性質(zhì)優(yōu)劣呈正相關(guān)；而動內(nèi)摩擦角隨軟弱夾層黏粒含量的增大單調(diào)遞減。（3）基于最大應變法表征損傷量，用低周疲勞損傷演化模型描述軟弱夾層在循環(huán)動荷載下的累積損傷機理與特征是合理的。（4）對于規(guī)模相對較小的軟弱夾層（厚度小于10cm），可將其作為折減因素，建立了含軟弱夾層的層狀復合巖體質(zhì)量分級修正BQ方法。（5）基于強度折減法，利用FLAC3D分析了不同傾角、厚度、含水率、粘粒含量等軟弱夾層發(fā)育條件下巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性，研究表明對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響程度依次為：軟弱夾層的傾角、粘粒含量、含水率和厚度。（6）建立了爆破擾動下含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡的物理模型和滑塊力學模型，通過能量守恒原理給出了多次爆破振動下滑坡的總位移量表達式。 研究成果可為預防循環(huán)動荷載擾動作用下含軟弱夾層復雜巖質(zhì)邊坡動力失穩(wěn)災害提供科學指導和技術(shù)支撐。 2100433B

含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡動力穩(wěn)定性問題是巖石力學與工程研究的難點與熱點之一。本項目以循環(huán)爆破擾動下含軟弱夾層復雜巖質(zhì)邊坡動力失穩(wěn)災變?yōu)檠芯繉ο螅瑢⒃囼炑芯?、理論分析與數(shù)值模擬有機結(jié)合，以循環(huán)動荷載作用下軟弱夾層土的累積損傷效應為基礎(chǔ)和紐帶，建立循環(huán)爆破擾動下含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡動力失穩(wěn)災變機制研究體系。首先，通過動三軸試驗，探尋循環(huán)動荷載作用下軟弱夾層土的強度參數(shù)劣化和變形累積演化規(guī)律；其次，基于試驗研究成果，利用突變理論和Newmark滑塊位移法建立循環(huán)爆破擾動下含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)的理論分析方法；最后，結(jié)合典型工程，基于已有研究成果，利用FLAC3D數(shù)值模擬方法系統(tǒng)研究多因素和多工況條件下循環(huán)爆破擾動誘發(fā)含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡動力失穩(wěn)災變過程。本項目研究可深層次揭示循環(huán)爆破擾動誘發(fā)含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)災變的復雜機理，研究成果對于含軟弱夾層巖質(zhì)邊坡動力失穩(wěn)災害防治具有重要的理論和實際意義。

本項目以大型水利水電工程爆破開挖對柱狀節(jié)理玄武巖的擾動為研究主線，采用理論分析、數(shù)值模擬、現(xiàn)場試驗與工程地質(zhì)調(diào)研相結(jié)合的研究方法，研究爆破開挖擾動下柱狀節(jié)理玄武巖的損傷機制。通過分析柱狀節(jié)理玄武巖中爆破開挖擾動荷載特性，揭示開挖擾動的幅值、頻率在巖體中隨時間及空間變化的傳播規(guī)律；研究柱狀節(jié)理玄武巖巖體應力場瞬態(tài)調(diào)整的時空演化過程，闡明開挖荷載瞬態(tài)卸荷對柱狀節(jié)理玄武巖應力場時空分布的擾動機制；研究開挖擾動荷載作用下柱狀節(jié)理玄武巖的損傷機制，建立爆破荷載與開挖荷載瞬態(tài)卸荷耦合作用下柱狀節(jié)理玄武巖的動態(tài)損傷模型，提出爆破開挖擾動下柱狀節(jié)理玄武巖的損傷判據(jù)。研究成果可為爆破開挖擾動下柱狀節(jié)理玄武巖的變形分析和穩(wěn)定控制提供理論依據(jù)和分析模型，在我國大型水利水電工程建設(shè)、交通工程建設(shè)等領(lǐng)域具有廣闊的工程應用前景。