【摘要】：實(shí)踐表明,大型崩塌災(zāi)害源均存在危巖聚集體,當(dāng)某一危巖塊體崩落時,危巖體應(yīng)變能的急速釋放在斷裂面上誘發(fā)激振波,對其余危巖體造成損傷和破壞,從而導(dǎo)致危巖聚集體的群發(fā)性崩塌。本文對復(fù)雜共生型危巖破壞的激振效應(yīng)展開研究,取得如下成果:(1)建立了簡單的危巖斷裂模型,從能量角度分析,當(dāng)裂紋發(fā)生擴(kuò)展時,裂紋體的位能將降低而釋放出應(yīng)變能,應(yīng)變能由彎曲應(yīng)變能與剪切應(yīng)變能組成,應(yīng)變能的部分轉(zhuǎn)化為新生成裂紋面的表面能,應(yīng)變能一部分轉(zhuǎn)化為表面能,另一部分轉(zhuǎn)化為崩落過程中的激振波,進(jìn)而聯(lián)合動能守恒和動量定理分析激振波轉(zhuǎn)化為崩落巖塊動能的過程,由此動能推導(dǎo)出崩落危巖塊的啟程速度方程式,并由沖量定理得到激振力方程式。為后續(xù)危巖基礎(chǔ)研究做了一些基本解釋。(2)提出并論證了落石與地面碰撞破裂時裂紋從底部接觸點(diǎn)向上擴(kuò)展至頂端的假設(shè),與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相符。描述了落石開裂解體的詳細(xì)過程,分析了落石碰撞開裂的能量守恒方程,求解并驗(yàn)證了落石破裂的臨界速度和臨界高度方程,建立了落石解體能量方程,可由動量及能量方程對破碎巖塊進(jìn)行后續(xù)分析。(3)建立了墜落式危巖聚集體模型,將其裂紋未貫通部分抽象為有界棱柱巖體,進(jìn)而得到激振波作用下的危巖振動模型。對危巖振動模型列波動方程,運(yùn)用數(shù)學(xué)方法求解得到危巖體的質(zhì)點(diǎn)振動方程,進(jìn)一步的求得質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力方程以及質(zhì)點(diǎn)振動速度方程。按模型進(jìn)行實(shí)體實(shí)驗(yàn),用加速度傳感器測得危巖體上兩質(zhì)點(diǎn)的振動數(shù)據(jù),將模型物理力學(xué)參數(shù)代入本方程,運(yùn)用matlab算得精確解,兩組數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn),誤差為6.12%,驗(yàn)證了本方程的實(shí)用性,為危巖崩塌激振的后續(xù)定量研究提供依據(jù)。(4)針對危巖群發(fā)性崩塌,建立復(fù)雜共生型危巖破壞激振效應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?按設(shè)計模型進(jìn)行小尺度室內(nèi)實(shí)驗(yàn),研究起崩危巖塊在崩落過程中對危巖聚集體造成的激振效應(yīng),通過高精度攝像機(jī)獲得主控結(jié)構(gòu)面開裂與擴(kuò)展的動態(tài)過程,通過動態(tài)信號采集系統(tǒng)獲得危巖體的激振信號,對激振信號進(jìn)行解析,得到破壞時激振波在復(fù)雜共生型危巖各個方向傳播的衰減規(guī)律。(5)對于復(fù)雜共生型危巖激振效應(yīng),由本實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)可以看出:水平層內(nèi)由臨空面向危巖母體傳播的激振波,波沿傳播方向逐漸衰減;與本方向垂直的水平振動逐漸衰減;與本方向垂直的豎向振動逐漸衰減。水平層內(nèi)平行于臨空面?zhèn)鞑サ募ふ癫?沿波傳播方向衰減,約束減弱振動加強(qiáng),在二者耦合作用下,激振效應(yīng)表現(xiàn)為加強(qiáng);與本方向垂直的水平振動受衰減影響大,表現(xiàn)為激振效應(yīng)減弱;與本方向垂直的豎直振動受衰減影響大,表現(xiàn)為激振效應(yīng)劇烈衰減。豎直方向傳播的激振波,在危巖層層間分割與重力作用兩者耦合下表現(xiàn)為激振效應(yīng)先減弱后加強(qiáng);與豎直方向垂直的水平振動逐漸衰減,在層間衰減與頂端約束減弱兩者耦合作用下,表現(xiàn)為激振先減弱后加強(qiáng),且變化均較為劇烈。在自然狀態(tài)下,由本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推論,若類似于本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?起崩危巖塊與危巖聚集體尺度相當(dāng),激振現(xiàn)象遵循本實(shí)驗(yàn)結(jié)果,若起崩危巖塊尺寸遠(yuǎn)小于危巖聚集體尺寸,本激振現(xiàn)象在一定范圍內(nèi)有效,在遠(yuǎn)離激振波源過程中,總體為減弱趨勢。本成果為危巖崩塌防治工作提供科學(xué)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P642.21;TU45
【圖文】：

技術(shù)路線圖

落石沖擊力時程曲線

落石碎塊

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