爆破振动作用下顺层岩体边坡层面强度弱化的实验研究

论文摘要

边坡稳定性问题一直是岩土工程界的一个重要研究内容，而岩体层理面性质是影响边坡稳定的主要因素之一。如何合理确定层理面的强度参数与边坡的稳定性分析结果及相应支挡结构方案的设计密切相关，尤其如何正确选取爆破振动作用下的层理面强度参数还关系到工程边坡爆破开挖过程的安全和效率。针对爆破振动如何引起顺层边坡的滑移失稳问题，本文利用自行设计制作的模拟爆破振动箱进行了刚性层理和软弱层理两种不同层面性质的顺层边坡滑移失稳机制的模型实验，将爆破振动作用下处于静态极限平衡状态的顺层岩体边坡的滑移失稳视为层面强度参数弱化的结果。通过对刚性层理面和软弱层理面的顺层模型边坡分别进行了大量的模拟爆破振动滑移失稳实验，其结果和数据分析表明：(1)根据两种不同层面性质的顺层边坡水平和垂直振动模拟实验数据比较分析发现，水平振动荷载对顺层边坡稳定性影响起主导作用。(2)对于刚性层面性质的顺层边坡，在层面强度和振动频率一定的条件下，层面动内摩擦角随着振速、振动能量的增加而逐渐降低，它们之间满足指数函数关系；层面内摩擦角弱化值随振速、振动能量的增加而逐渐增大，且它们之间满足幂函数关系。在层面强度和振速一定的情况下，刚性顺层边坡层面动内摩擦角随振动频率的增加而增大，它们之间满足对数函数关系；层面内摩擦角弱化值随振动频率的增大而减小。在振动强度一定、层面强度改变的条件下，层面内摩擦角弱化值随着层面内摩擦角的增加而逐渐增大，它们之间成线性分布规律。(3)对软弱层面性质的顺层边坡，在层面强度和振动频率一定、振速变化的条件下，层面等效动内摩擦角和等效动粘聚力随振速的增加而逐渐降低，它们与振速之间满足指数函数关系；层面等效动内摩擦角和等效动粘聚力的弱化值均随振速的增加而增大，它们与振速之间满足幂函数关系。在层面强度和振速一定、振动频率变化的情况下，层面等效动内摩擦角和等效动粘聚力随振动频率的增加而逐渐增大，它们与振动频率之间满足对数函数关系；层面等效动内摩擦角和等效动粘聚力的弱化值均随振速的增加而增大，它们与振动频率之间满足幂函数关系。在振动强度一定、层面强度变化的条件下，层面等效动内摩擦角和等效动粘聚力弱化值随着层面等效强度的增加而逐渐增大，它们之间成线性分布规律。(4)根据振速与层面强度参数之间的关系，可判断在一定爆破振动强度下某地质条件的顺层边坡的稳定性。通过本文方法与拟静力法的比较，证明本文研究方法对边坡稳定性的判断更为安全可靠。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的意义和目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 结构面强度研究现状
• 1.2.2 顺层边坡稳定性研究现状
• 1.2.3 边坡动稳定性研究现状及分析方法
• 1.3 本论文的主要研究内容与方法
• 1.3.1 本论文的主要研究内容
• 1.3.2 本论文的主要研究方法
• 第2章 振动模型实验装置设计研究
• 2.1 模型实验设计理论方法
• 2.1.1 模型实验的意义
• 2.1.2 模型实验的分类
• 2.1.3 模型设计及实验方法
• 2.2 振动装置设计及制作
• 2.3 顺层边坡模型制作
• 2.3.1 模型材料
• 2.3.2 模型边坡尺寸
• 2.3.3 模拟层面设计
• 2.4 模拟爆破地震波测试系统
• 2.5 振动模型实验的基本原理
• 2.5.1 模型实验的基本观点
• 2.5.2 模型实验的原理
• 2.6 振动箱的性能测试及其分析
• 2.6.1 频率一定、振速不同时振动箱性能测试
• 2.6.2 振速一定、频率不同时的振动箱性能测试
• 2.6.3 振动箱性能测试结果分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 振动作用下顺层边坡层面强度弱化实验
• 3.1 刚性层面性质顺层边坡层面强度弱化实验
• 3.1.1 实验方案设计
• 3.1.2 层面静强度参数的取值
• 3.1.3 层面强度一定、振速变化时的振动模拟实验
• 3.1.4 层面强度一定、频率变化时的振动模拟实验
• 3.1.5 振动强度一定、层面强度不同的模拟实验
• 3.2 软弱层面性质顺层边坡层面强度弱化实验
• 3.2.1 实验方案设计
• 3.2.2 层面强度一定、振速不同的振动模拟实验
• 3.2.3 层面强度一定、频率变化时的振动模拟实验
• 3.2.4 振动强度一定、层面强度不同的振动模拟实验
• 3.3 刚性层面性质实验数据统计及初步分析
• 3.3.1 层面强度一定、振速变化的实验数据初步分析
• 3.3.2 层面强度一定、频率变化的实验数据初步分析
• 3.3.3 振动强度一定、层面强度不同的实验数据初步分析
• 3.4 软弱层面性质实验数据统计及初步分析
• 3.4.1 层面强度一定、振速变化的实验数据初步分析
• 3.4.2 层面强度一定、频率变化的实验数据初步分析
• 3.4.3 振动强度一定、层面强度不同的实验数据初步分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 振动作用下层面强度的弱化特征分析
• 4.1 刚性层面性质层面强度的弱化特征分析
• 4.1.1 层面强度和频率一定时层面强度的弱化特征分析
• 4.1.2 层面强度和振速一定时层面强度的弱化特征分析
• 4.1.3 振动强度一定、层面强度不同时的实验数据分析
• 4.2 软弱层面性质的层面强度的弱化特征分析
• 4.2.1 层面强度与频率一定时层面强度的弱化特征分析
• 4.2.2 层面强度与振速一定、频率变化时层面强度的特征分析
• 4.2.3 振动强度一定、层面强度不同时的实验数据分析
• 4.3 实验结论与拟静力法的比较分析
• 4.3.1 拟静力法的计算分析
• 4.3.2 刚性顺层边坡实验公式与拟静力法计算结果比较
• 4.3.3 软弱层面顺层边坡实验公式与拟静力法的比较分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文