动力作用下危岩稳定性计算的断裂力学方法.pdf

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1、第46卷第13期人民长江Vo1．46．No．1320I5年7月YangtzeRiverJuly，2015文章编号：1001—4179(2015)13—0033—06动力作用下危岩稳定性计算的断裂力学方法邓跃，周云涛2(1．重庆路达工程勘察设计咨询有限公司，重庆401120；2．重庆交通大学河海学院，重庆400074)摘要：为研究爆破对危岩体稳定性的动力作用，通过应力波衰减规律，得到爆破应力衰减至危岩体重心的动荷载表达式。考虑爆破荷载建立了3类危岩体主控结构面断裂因子计算方法，进而提出了危岩动稳定性时程分析方法。利用

2、该方法对重庆市万州区太白岩5个危岩体动力稳定性进行了计算分析。分析表明，爆破动力作用下3类危岩体最小稳定性系数明显降低，某些危岩在爆破动力作用下由稳定状态变为非稳定状态，有崩塌趋势。上述危岩体动力稳定系数时程曲线表明，爆破动力过程中危岩稳定性系数随时间上下波动，随着爆破应力波的衰减，动稳定系数峰值总体呈现出递减趋势，总体趋向于天然工况下的断裂稳定系数；随时间推移，爆破动力作用周期变长，加剧了危岩体的危险性。关键词：岩体工程；稳定系数；断裂力学；时程分析；危岩中图法分类号：P642文献标志码：ADOI：10．1623

3、2／j．enki．1001—4179．2015．13．009危岩(unstablerock)是指由多组岩体结构面切割探讨危岩体动力稳定判别和动力特性，旨在为危岩体并位于陡崖或陡坡上稳定性较差的岩石块体及其组动力稳定机制研究提供参考，并为危岩体动力设计提合，根据失稳模式，可将危岩分为滑塌式危岩、倾倒式供理论依据。危岩和坠落式危岩3类。危岩崩塌是西部山区常1危岩稳定性断裂时程分析法见的地质灾害之一，具有分布范围广、规模大、灾害严重、突发性、频率高等特点。如位于三峡库区腹地的重图1所示为危岩主控结构面模型，危岩在自重、裂

4、庆市万州区的太白岩存在危岩体200余个，单个危岩隙水压力、地震力、爆破荷载等组合荷载作用下会在主体小至1m左右，大的可及8000m。因此，危岩稳控结构面形成应力集中区，当应力增大到足以克服岩定性的分析判别对于危岩崩塌的防灾减灾具有指导性体强度时，主控结构面会沿着一定角度0开裂，相应意义。地，在主控结构面开裂方向任一点A应满足联合应力危岩崩塌灾害实质是危岩在自重、裂隙水压力、地强度因子，其表达式为震力等荷载组合作用下，主控结构面开裂扩展的过程。1=。s导[I(1+c。s)一3KⅡsin](1)受多种荷载组合作用，危岩

5、体主控结构面尖端形成应式中，KI为第一类断裂强度因子，kPa·m门；KⅡ为力集中区，称为尖端应力场，当荷载组合发生变化第二类断裂强度因子，kPa·m。致使尖端应力场不断扩大时，主控结构面尖端将产生为了求解0，令主控结构面尖端剪应力f=0，即突发性开裂扩展，危岩体发生崩塌，此种机制在很多文KIsin0+Ⅱ(3cos0—1)=0(2)献中都得到了印证。但以上危岩断裂稳定性研究当KⅡ≠0时，令。=(KI／KⅡ)，则可得到都集中在静力范围内，对于危岩体动力稳定性判别和危岩体动力特性并未涉及。笔者依据爆破动力荷载衰3+V／~

6、o2+8kocos0==—————一(3)减规律，利用断裂力学和动力时程分析相结合的方法收稿日期：2015—01—17作者简介：邓跃，男，高级工程师，主要从事道路设计、防灾减灾以及道路安全方面的研究。E—mail：z1402101750@163．eom34人民长江进而的时程曲线，进而可判定危岩断裂稳定性。需要补充的是，此处的断裂韧度为动断裂韧度，与静荷载作用下⋯rcc(4)的断裂韧度应作区别。2危岩主控结构面假定及爆破荷载计算主控结构面(dominantfissure)指危岩体后部贯通或断续贯通且力学强度较低的面(

7、或带)⋯。危岩体中常见的主控结构面按是否贯通分为完全贯通、部分贯通和未贯通，按是否有充填物分为未充填、部分充填和完全充填，结构面的贯通情况和充填情况将影响爆破应力波的传播与衰减。对于贯通裂隙，爆破应力波无法通过，即对危岩体无动力作用或爆破应力波绕过裂隙尖端扰动危岩体；对于充填裂隙，一般裂隙充填物图1危岩主控结构面模型为力学性质较低的黏性土，爆破应力波衰减至主控结根据K。和，并将式(4)代人式(1)可求得联构面时，因充填物阻尼较大而使应力波迅速持续衰减合断裂强度因子。于是，基于主控结构面联合断裂或产生屏蔽效应，作用于

8、危岩体的爆破动力将显著降强度因子。和危岩完整岩石断裂韧度．。，便可建立低。为便于危岩体动力计算，将主控结构面考虑为等危岩稳定系数的断裂力学表达式效均质体，将爆破应力波在主控结构面的变化效应归于爆破应力波衰减过程中的变化，主控结构面等效力F=㈩学参数可根据《规范》或文献[8]确定。式中，联合断裂强度因子K需要通过不同类型危岩在隧道、边坡岩体等爆破开挖形成的冲击