本文關(guān)鍵詞：塔柱狀巖體崩塌機理研究

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【摘要】：塔柱狀巖體是指長寬比介于1到3且高徑比大于3的塔柱狀或近似塔柱狀形態(tài)的大型巖體,在我國川渝、滇黔、湘鄂等西南部山區(qū)廣泛分布。因其發(fā)育環(huán)境和結(jié)構(gòu)特征,塔柱狀巖體崩塌具有分布區(qū)域廣、發(fā)生頻率高、突發(fā)性強、破壞范圍大等特點,是一類典型的山區(qū)地質(zhì)災(zāi)害,對人民生命財產(chǎn)安全和城鎮(zhèn)建設(shè)造成嚴重威脅。本文依托地調(diào)項目與國家自然科學基金項目,在現(xiàn)場調(diào)查基礎(chǔ)上,理清塔柱狀巖體發(fā)育的地質(zhì)環(huán)境條件,查明其形成機制與關(guān)鍵影響因素,以重慶南川甑子巖塔柱狀巖體崩塌為例,通過影像解析方法研究其失穩(wěn)運動特征,提出崩塌模型。開展了聲發(fā)射損傷特性試驗與聲發(fā)射數(shù)值模擬,獲取關(guān)鍵參數(shù),分析脆性硬巖對巖體崩塌的影響。運用損傷力學理論對塔柱狀底部巖體的損傷演化與強度劣化機制進行了深入解析,提出了塔柱狀巖體穩(wěn)定性計算分析方法。利用離心模型試驗與有限差分數(shù)值模擬對塔柱狀巖體崩塌失穩(wěn)模式與變形特性開展了還原驗證與模擬研究。將塔柱狀巖體的穩(wěn)定性分析方法應(yīng)用到箭穿洞危巖應(yīng)急治理工程,提出了有針對性的防治建議。主要研究成果如下:(1)查明了塔柱狀巖體崩塌形成的地質(zhì)環(huán)境條件、誘發(fā)影響因素和成因機制,研究了塔柱狀巖體崩塌過程的動力學特征與內(nèi)在變化規(guī)律,提出塔柱狀巖體壓裂潰屈崩塌破壞模式,發(fā)現(xiàn)底部硬巖對整體穩(wěn)定性具有重要影響,為后續(xù)力學解析奠定了基礎(chǔ);(2)利用聲發(fā)射試驗與數(shù)值模擬技術(shù),獲取損傷性質(zhì)參數(shù),基于聲發(fā)射計數(shù)構(gòu)建損傷變量,建立損傷本構(gòu)模型,闡明其損傷演化過程,從損傷力學角度揭示了塔柱狀底部巖體的強度劣化機制;(3)基于損傷力學理論,引入損傷變量,提出了適用于塔柱狀巖體的力學模型,以壓剪破壞與壓張破壞的有效最大主應(yīng)力為閾值,建立了隨損傷演化的塔柱狀巖體穩(wěn)定性分析計算方法,從力學本質(zhì)上解析了塔柱狀巖體的崩塌機理,以甑子巖崩塌為算例進行驗證,計算結(jié)果與實際情況相符;(4)依托離心模型試驗與有限差分數(shù)值模擬方法,開展自重條件下塔柱狀巖體失穩(wěn)機制的試驗與模擬研究,對理論分析結(jié)果進行驗證與補充,試驗與模擬結(jié)果表明,底部損傷區(qū)巖體的強度變化對塔柱狀巖體整體穩(wěn)定性具有直接影響,與理論分析結(jié)果一致;(5)將本文研究成果應(yīng)用到實際工程中,對巫峽箭穿洞塔柱狀危巖體開展穩(wěn)定性分析計算,與傳統(tǒng)規(guī)范法相比計算結(jié)果與實際情況更為接近,提出重點加固底部損傷區(qū)的應(yīng)急治理方案建議,可顯著節(jié)約預(yù)算成本并大大縮短施工周期。
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P642.21

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