地震荷载作用下岩石边坡节理面的动力响应破坏研究

  

   为了研讨地动作用下岩石边坡节理面的能源呼应和破碎摧毁特点,本文哄骗大型有限元软件ANSYS树立了含节理面的岩石边坡模子。经由进程数值模仿发觉节理面将岩石边坡分红两个部分,两部分的应力、应变和能源呼应因为节理的存在而产生

明显的转变,在节理面处产生
集中和跳跃征象,同时还发觉节理面角度越大,则岩石边坡节理面滑移间隔越大,在全部
地动作用的时光内,节理面的滑移不是连续转变的,而是分红三个阶段。

  

  关键词岩石节理面;地动作用;能源呼应;数值模仿

  P58

  1 引言

  岩体的力学特性和不变性不仅受其自身强度参数的影响,还很大程度上还取决于其完好程度、节理及薄弱虚弱布局的影响。以往在举行岩质边坡不变性剖析时往往采用岩体强度控制而不是采用布局面强度控制,而实际上岩体布局面的强度参数比岩石的强度低得多,因此对岩质边坡来说起控制作用的是节理布局面强度。地动作用下岩体破碎摧毁主产生

在岩体的节理面上,岩体节理面的强度和力学性质成为影响岩体破碎摧毁的主控制因素。地动诱发的岩质边坡破碎摧毁(滑动和坍塌)是常见的地动灾害,特别是在我国西部山区和丘陵地带,地动诱发的边坡破碎摧毁分布宽泛,汶川8.0级大地动形成的山体滑坡给灾区人民的性命和财产安全形成伟大的危害。因此研讨地动作用下节理面的能源呼应和破碎摧毁特点存在非分重的意义。

  国内外学者针对岩体节理面的破碎摧毁模式做了大量的研讨工作,祁生文1(2004)剖析了边坡在能源作用下的可能破碎摧毁方式,对地动边坡的失稳机制举行了探讨,认为地动边坡的失稳是因为地动惯性力的作用和
地动产生
的超静孔隙水压力敏捷增大和累积作用这两个方面原因形成的。梁庆国2(2007)研讨垂直向地动作用对节理岩石边坡失稳破碎摧毁的影响,研讨认为在岩石边坡节理分布特征和静态应力场一定的初始条件下,第一个导致岩体中产生
碎裂的地动动加速度幅值及其标的目的的组合唯一地决定了岩体不可逆破碎摧毁生长的标的目的、机制及最终的破碎摧毁特征,其复杂性弘远于静力作历时的情况。林永亮3(2008)研讨了地动作用下节理岩体的抗震不变性剖析,初步剖析了地动荷载作用下坡度、节理面倾角、拉裂深度、地动荷载及强度参数对抗震不变性的影响。纵观国内外的研讨现状发觉目前大多数学者研讨主集中在含有节理的岩石边坡破碎摧毁研讨,而针对地动作用下节理面的能源时程呼应研讨却很少,本文在前文研讨的基础上,主剖析节理面在地动作用下的能源呼应,对剖析节理岩石边坡的地动破碎摧毁模式存在非分重的意义。

  2 地动作用下含节理面岩石边坡数值模仿

  2.1 树立数值模仿模子

  根据中国科学院成都地理研讨所4(1978)调查指,在我国,地动条件下斜坡容易产生

滑坡的斜坡角度为20°~60°。为了研讨地动作用下岩石边坡节理面的能源呼应,本文简化节理面,将其假设为直线,树立了坡角为42°的含节理面的岩石边坡模子,模子长和宽都是100m。哄骗大型有限元软件ANSYS树立的模子并举行网格划分如图2.1所示。

  

  图2.1 数值模仿网格划分模子

  

  2.2 模子物理参数及地动能源荷载输入

  滑坡体模子被节理面划分为基岩和滑坡体两个部分,节理面简化为直线型,为反映出节理面的毛糙程度,在节理面树立了接触对,节理面的摩擦系数为Mu=0.35,模子的底部和周边采取固定鸿沟,在斜坡体滑移面标的目的和竖直标的目的自由。滑坡为岩质斜坡,斜坡材料盘算参数见表2-1。

  表2-1 模子材料物理力学参数

  岩层 弹性模量 泊松比 容重 抗剪强度

   E/GPa ν γ/kN ·m-3 φ/ ° C/MPa

  滑体 0.35 0.3 23 25 1.0

  基岩 3.1 0.25 27 36 0.7

  布局的能源剖析采用瞬态能源剖析方法,即时程剖析法。记载时光为5s,时光间隔为0.01s总计50个记载值。根据基础烈度表,基础烈度为7、8、9度时,空中运动的最大加速度av加速分别为0.125g、0.25g、0.5g。

  3 地动作用下岩石边坡节理面的能源呼应剖析

  3.1 地动作用下节理面的能源呼应

  在地动作用下,含有节理的岩石边坡的应力和应变在节理面处产生

明显的转变,节理面将一个完好的岩体划分红两个部分,这两部分的岩体的应力和应变纪律不一致,岩石边坡的应力和应变在节理面处产生
应力集中的征象,由此节理面成为岩石边坡的薄弱面,在地动作用下极易产生

破碎摧毁,从而导致全部
边坡的失稳破碎摧毁。为了单独剖析节理面的在地动作用下的能源响,本文哄骗软件树立节理面,并只考虑节理面的应力、应变及滑移间隔,从而剖析节理面在地动作用下变形破碎摧毁的机理。

  

  

  图3.1 地动作用下节理面应力云图

  

  

  图3.2 地动作用下节理面滑动位移云图

  

  

  图3.3 地动作用下节理面震颤云图

  从图3.1-图3.3可以看出,在地动作用下,节理面处的应力、位移和震颤沿着节理面转变,节理面的应力在底部的中间部位应力最大,而位移则是在节理面的转机处产生
集中的征象,而岩石边坡在地动作用下的震颤则巨细交替转变,

  3.2 地动作用下岩石边坡节理面滑移呼应数值模仿

  为了研讨岩石边坡节理角度转变对维滑坡体滑动的能源呼应,分别树立了节理面角度α=8°、18°、28°和38°总计四种角度下的节理面模子。经由进程观测点来剖析地动作用下接触面的滑移间隔,如图3.4所示。

  

  图3.4不同节理面角度下岩体滑移时程曲线

  图3.4可以看出,节理面角度α越大,则节理面处的滑移间隔也越大;在全部
地动作用的5s内,节理面的滑移不是连续转变的,而是分红三个阶段。在0~0.6s 滑移间隔急速增大,在0.6s~1s是不变阶段,随后又开始快速增大到1.3s左右再次进入不变阶段,在1.5s~2s滑移间隔急剧增大,2s后滑移间隔基础保持不变。阐明

顺叙地动作用的全部
周期内节理面的滑移只在特定的时光段内产生
滑移,在其余时光内是能量会萃的进程,到2S后滑移间隔不变阐明

顺叙滑坡已经齐全失稳破碎摧毁。

  

  4 结论

  本文哄骗ANSYS软件模仿了地动作用下岩石边坡节理面的能源呼应和破碎摧毁特点,哄骗软件树立了含节理面岩石边坡模子。经由进程剖析模子节理面处的位移、应力和滑移间隔的能源呼应剖析,主得出了如下结论

  1)地动作用下,节理面将一个完好的岩体划分红两个部分,这两部分的岩体的应力和应变纪律不一致,岩石边坡的应力和应变在节理面处产生
应力集中的征象,由此可以看出节理面是岩石边坡的薄弱面,在地动作用下极易产生

破碎摧毁。

  2)地动作用下,节理面处的应力、位移和震颤沿着节理面转变,节理面的应力在底部的中间部位应力最大,位移则是在节理面的转机处产生
集中的征象,而岩石边坡在地动作用下的震颤则巨细交替转变。

  3)地动作用下,节理面角度α越大,则节理面处的滑移间隔也越大;在全部
地动作用的5s内,节理面的滑移不是连续转变的,而是分红三个阶段。地动作用的全部
周期内节理面的滑移只在特定的时光段内产生
滑移,在其余时光内是能量会萃的进程。

  

  参考文献

  1 祁生文, 伍法权, 刘春玲, 丁彦慧. 地动边坡不变性的工程地质剖析J. 岩石力学与工程学报, 2004, 23(16)2792-2797.

  2 梁庆国, 韩文峰, 赵士耀. 垂直向地动作用对节理岩体失稳破碎摧毁的影响J. 东南地动学报, 2007, 29(4)307-313.

  3 林永亮, 李新星. 地动作用下节理岩体的抗震不变性剖析J. 长江科学院院报,2008, 25(5)103-106.

  4 乔建平. 滑坡减灾理论与实践M. 北京 科学出版社, 1997.

  

  注文章内一切公式及图表请用PDF方式查看。

  

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