【摘要】：隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的蓬勃發(fā)展,高速公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷向山區(qū)延伸,這必然需要面對大量的邊坡工程,特別是高陡復(fù)雜的巖質(zhì)邊坡工程。這些伴隨著山區(qū)公路、鐵路的巖質(zhì)邊坡,不僅地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜,存在有大量結(jié)構(gòu)面,而且長期受到公路、鐵路交通循環(huán)荷載的影響。在這種長期的循環(huán)荷載作用下,節(jié)理巖體邊坡將發(fā)生疲勞劣化,對巖質(zhì)邊坡的長期穩(wěn)定性產(chǎn)生重要隱患。在對循環(huán)荷載作用下巖石的疲勞劣化變形特性、疲勞破壞規(guī)律等方面國內(nèi)外不少學(xué)者都已展開了一些開創(chuàng)性的研究。然而特別針對含有裂隙的節(jié)理巖石在循環(huán)荷載作用下疲勞劣化的理論分析研究及其疲勞損傷過程中錨固效應(yīng)、錨固機理的分析研究尚待深入,借助疲勞損傷在線監(jiān)測輔助試驗系統(tǒng)及超聲波測試方法對節(jié)理巖石的疲勞損傷過程進行實時跟蹤測試的研究鮮有提及,對交通循環(huán)荷載作用下節(jié)理巖體邊坡的動態(tài)響應(yīng)和長期穩(wěn)定性的研究也有待進一步的發(fā)展�；趯η叭搜芯康目偨Y(jié)分析,本文提出了循環(huán)荷載作用下節(jié)理巖體邊坡疲勞劣化及其錨固效應(yīng)研究的課題,以實際巖體工程為背景,以砂巖為原型,用相似材料制作類巖模型試樣(完整樣、含裂隙試樣、加錨完整試樣、加錨含裂隙試樣等),對循環(huán)荷載作用下的節(jié)理巖石展開相似研究。重點針對在循環(huán)荷載作用下節(jié)理試樣的疲勞劣化變形規(guī)律、破壞特征、疲勞劣化機理,錨桿錨固試樣在疲勞劣化過程中的錨固效應(yīng)、錨固機理,超聲波測試方法對節(jié)理試樣及其錨固試樣的疲勞劣化過程的跟蹤測試,以及交通循環(huán)荷載下節(jié)理巖體邊坡的動態(tài)響應(yīng)和長期穩(wěn)定性研究。主要研究內(nèi)容及結(jié)論概括如下：(1)以砂巖為原型,采用相似材料設(shè)計并制作類巖模型試樣及加錨模型試樣,試樣包括：完整試樣、不同裂隙傾角的試樣(α=0。、30。、45。、60。、90。,α指預(yù)設(shè)裂隙面和水平方向的夾角)、完整加錨模型試樣、不同裂隙傾角的加錨模型試樣(a=0。、30。、45。、60。、90。,α指預(yù)設(shè)裂隙面和水平方向的夾角),其中裂隙試樣包括單裂隙試樣和雙裂隙試樣,裂隙加錨試樣錨桿設(shè)置位置分別為垂直裂隙方向和垂直加載力方向兩種。(2)利用電液伺服加載系統(tǒng),進行循環(huán)荷載作用下模型試樣單軸壓縮疲勞試驗。借助疲勞損傷在線監(jiān)測輔助試驗系統(tǒng),得到對損傷過程較敏感的損傷參數(shù)A值,并由A值曲線描述出試樣疲勞損傷的三階段變化規(guī)律；通過動態(tài)信號測試分析系統(tǒng),研究了不同裂隙角度試樣的軸向不可逆變形的疲勞損傷發(fā)展規(guī)律,據(jù)此將模型試樣的疲勞損傷過程分為：初始變形階段、等速變形階段及加速變形階段,研究發(fā)現(xiàn)這三個階段與損傷參數(shù)A值曲線描述的疲勞損傷三階段基本對應(yīng);分析了不同裂隙角度模型試樣的疲勞破壞形態(tài)及主要破壞方式,并對其疲勞損傷機理進行了探討。(3)結(jié)合實時在線監(jiān)測系統(tǒng),對有、無設(shè)置錨桿及不同錨桿設(shè)置角度的模型試樣進行變形發(fā)展規(guī)律、抗壓強度、疲勞壽命以及破壞形態(tài)的對比研究,并對試驗中出現(xiàn)的幾種錨桿失效模式進行分析;通過對加錨完整模型試樣進行錨桿抗拔試驗研究,得出循環(huán)荷載作用下錨桿抗拔力的衰減規(guī)律,并定義錨桿抗拔力衰減系數(shù),用以直觀分析循環(huán)荷載作用下錨桿的安全性。(4)對循環(huán)荷載作用下的模型試樣進行實時超聲波測試研究。對裂隙試樣(單裂隙、雙裂隙)及其錨桿錨固試樣(錨桿垂直裂隙方向、錨桿垂直加載力方向)進行疲勞損傷過程中時域參數(shù)(超聲波速、波形、首波波幅)的對比研究,總體上隨著疲勞損傷的發(fā)展,超聲波速變化較敏感,呈現(xiàn)出較明顯的倒S形三階段衰減規(guī)律；波形從半圓形或近似半圓形畸變?yōu)槔刃危徊ㄐ蜗嚓P(guān)系數(shù)及首波波幅整體呈下降趨勢。(5)借助快速Fourier變換(FFT)對聲波信號進行頻譜分析,對模型試樣頻域參數(shù)(主頻、頻域最大幅值)進行對比研究,發(fā)現(xiàn)在疲勞損傷過程中,主頻與頻域最大幅值變化較不敏感,一般只在試樣上宏觀裂紋出現(xiàn)以后才發(fā)生明顯的大幅度的下降,且變化規(guī)律不穩(wěn)定；同時運用小波變化理論分解聲波信號并進行加權(quán)處理,發(fā)現(xiàn)加權(quán)頻域參數(shù)在疲勞損傷過程中的敏感程度大于通過快速Fourier變換(FFT)得到的頻域參數(shù),對主頻率尤為明顯。(6)以循環(huán)荷載作用下模型試樣疲勞劣化試驗為基礎(chǔ),結(jié)合損傷力學(xué)的基本理論,選擇超聲波速來定義損傷變量D,對不同裂隙傾角的模型試樣的初始損傷及疲勞損傷演化規(guī)律進行了研究。以試樣疲勞累積損傷三階段演化規(guī)律為基礎(chǔ),提出非線性三階段累積損傷模型,從本文試驗出發(fā),對模型中各參數(shù)意義及取值范圍進行了分析,并對本文試驗數(shù)據(jù)進行擬合分析,擬合程度較好。提出對等幅荷載及變幅荷載下的疲勞壽命預(yù)測公式,與試驗數(shù)據(jù)結(jié)果對比,具有較高的精度。(7)以交通荷載作用下錨固節(jié)理巖體邊坡為研究背景,通過數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)在錨索自由段范圍內(nèi),存在軸力值小幅下降又上升的“小平臺”,其位置對應(yīng)于錨索穿過節(jié)理的一小段范圍,在實際工程中有助于對巖體內(nèi)松散、破碎結(jié)構(gòu)面或空洞的位置進行推斷。對邊坡在交通荷載作用下的動力響應(yīng)特征進行分析,發(fā)現(xiàn)邊坡各監(jiān)測點的動力響應(yīng),除了與荷載大小、頻率高低及振動持續(xù)時間有關(guān),還與各監(jiān)測點及錨索距離交通荷載作用位置的遠近、所在地層物理力學(xué)參數(shù)、是否存在節(jié)理、裂隙等結(jié)構(gòu)面以及是否采取支護措施等有關(guān)。當交通荷載的作用頻率與坡體自振頻率相接近的時候,易發(fā)生共振現(xiàn)象,加大邊坡巖土體的損傷破壞。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU45

【參考文獻】

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本文編號：2457258