循环爆破扰动下含软弱夹层岩质边坡动力失稳灾变机制

循环动荷载下软弱夹层动力响应特性及其诱发复合岩体动力失稳灾变的内在机制及其演化过程十分复杂，有待深入探索和进一步研究。 本项目以循环爆破扰动下含软弱夹层复杂岩质边坡动力失稳灾变为研究对象，将试验研究、理论分析与数值模拟有机结合，以循环动荷载作用下软弱夹层土的动力响应为基础和纽带，建立循环爆破扰动下含软弱夹层岩质边坡动力失稳灾变机制研究体系。首先，通过动三轴试验，探寻循环动荷载作用下软弱夹层土的强度参数劣化和变形累积演化规律；其次，利用Newmark滑块位移法建立循环爆破扰动下含软弱夹层岩质边坡失稳分析方法；再次，根据软弱夹层发育特征，建立含软弱夹层复合岩体质量分级评价方法；最后，利用FLAC3D数值模拟方法系统研究多因素和多工况条件下含软弱夹层岩质边坡稳定性。 研究结果表明：（1）软弱夹层累积应变规律具有破坏型特征，随含水率和黏粒含量增大而增大，随围压增大先减小后增大；动弹性模量随围压增大单调递增，随循环周次和含水率增大单调递减。（2）软弱夹层的动强度受主要黏土矿物成分和黏粒含量共同影响；动粘聚力与主要黏土矿物成分的工程性质优劣呈正相关；而动内摩擦角随软弱夹层黏粒含量的增大单调递减。（3）基于最大应变法表征损伤量，用低周疲劳损伤演化模型描述软弱夹层在循环动荷载下的累积损伤机理与特征是合理的。（4）对于规模相对较小的软弱夹层（厚度小于10cm），可将其作为折减因素，建立了含软弱夹层的层状复合岩体质量分级修正BQ方法。（5）基于强度折减法，利用FLAC3D分析了不同倾角、厚度、含水率、粘粒含量等软弱夹层发育条件下岩质边坡稳定性，研究表明对岩质边坡稳定性影响程度依次为：软弱夹层的倾角、粘粒含量、含水率和厚度。（6）建立了爆破扰动下含软弱夹层岩质边坡的物理模型和滑块力学模型，通过能量守恒原理给出了多次爆破振动下滑坡的总位移量表达式。 研究成果可为预防循环动荷载扰动作用下含软弱夹层复杂岩质边坡动力失稳灾害提供科学指导和技术支撑。 2100433B

含软弱夹层岩质边坡动力稳定性问题是岩石力学与工程研究的难点与热点之一。本项目以循环爆破扰动下含软弱夹层复杂岩质边坡动力失稳灾变为研究对象，将试验研究、理论分析与数值模拟有机结合，以循环动荷载作用下软弱夹层土的累积损伤效应为基础和纽带，建立循环爆破扰动下含软弱夹层岩质边坡动力失稳灾变机制研究体系。首先，通过动三轴试验，探寻循环动荷载作用下软弱夹层土的强度参数劣化和变形累积演化规律；其次，基于试验研究成果，利用突变理论和Newmark滑块位移法建立循环爆破扰动下含软弱夹层岩质边坡失稳的理论分析方法；最后，结合典型工程，基于已有研究成果，利用FLAC3D数值模拟方法系统研究多因素和多工况条件下循环爆破扰动诱发含软弱夹层岩质边坡动力失稳灾变过程。本项目研究可深层次揭示循环爆破扰动诱发含软弱夹层岩质边坡失稳灾变的复杂机理，研究成果对于含软弱夹层岩质边坡动力失稳灾害防治具有重要的理论和实际意义。

爆破动力扰动是高陡边坡岩体失稳的常见诱因。本项目以大型水利水电工程高陡边坡岩体爆破开挖对边坡稳定性的扰动为研究主线，采用理论分析、数值模拟、现场与模型试验相结合的研究方法，研究爆破动力扰动下高陡边坡岩体的稳定性。通过分析边坡体中爆破振动荷载的传播与衰减规律及其频谱特性，揭示边坡爆破振动放大效应的产生机理；研究爆破振动对软弱结构面强度的影响，建立爆破振动参数与结构面强度变化间的数学模型；分析爆破振动参数间的内在关系及潜在滑坡体的受力特征，提出爆破振动作用下边坡动力稳定性的力学模型及其安全判据，建立基于有限元及刚体极限平衡法的高陡边坡爆破动力稳定性分析方法，提出边坡爆破动力稳定的控制标准，形成系统的高陡岩质边坡爆破动力稳定性分析与评价方法。研究成果在大型水利水电工程建设、露天矿山开采、交通工程建设等领域具有广阔的工程应用前景。

爆破动力扰动是高陡边坡岩体失稳的常见诱因。本项目以大型水利水电工程高陡边坡岩体开挖爆破对边坡稳定性的扰动为研究主线，采用理论分析、数值模拟与现场试验相结合的研究方法，研究了爆破动力扰动下高陡边坡岩体的稳定性。项目分析了边坡体中爆破振动荷载的传播与衰减规律及其频谱特性，揭示了边坡爆破振动放大效应的产生机理；研究了爆破振动参数间的内在关系及潜在滑坡体的受力特征，建立了爆破振动作用下边坡动力稳定性的力学模型及其安全判据，研究了基于刚体极限平衡法的高陡边坡爆破动力稳定性分析方法，提出了边坡爆破动力稳定性控制标准的确定方法。研究成果在大型水利水电工程建设、露天矿山开采、交通工程建设等领域具有广阔的工程应用前景。结合项目研究，已发表论文14篇，其中SCI收录4篇，EI收录7篇；获授权发明专利3项，受理发明专利10余项，并获国家科技进步奖1项，培养研究生5名。 2100433B

存在软弱夹层的工程，工程地质勘察的主要任务是查清软弱夹层的层位、分布，夹层类型及延伸范围。夹层的物理力学性质，水理性质。它与一般的岩石物理力学特性的研究不同的是，软弱夹层除常规的项目外，还要根据夹层的性质及工程的运用情况，研究其长期强度（流变特性）．在库水作用下的渗透稳定性。物理力学及化学性质在长期渗流作用下的演变趋势等。

大量的工程实践表明，软弱夹层的工程地质研究是一项复杂而困难的工作，原因在于：对坝基和边坡稳定起控制作用的平缓软弱夹层常常位于河床下或山坡岩体深处，没有足够的露头提供研究；软弱夹层的厚度很薄，性状很差，且岩性岩相变化很大，依靠常规小口径钻探很难提供准确和足够的信息，而重型勘探（平洞、竖井、大口径钻孔）的数量有限，难以满足做出准确结论的需要；软弱夹层的物理力学性质尤其是抗剪强度指标对建筑物设计至关重要。而这些指标的取得主要依赖大型现场原位试验，而这是一项极其困难的工作。例如亭子口和小南海两水利枢纽，为了取得坝基下软弱夹层的力学性质和抗渗透变形的资料。不得不打竖井至河床下再打平洞进行原位试验，条件极其困难艰苦，数量也只能是很有限的。因此软弱夹层常常作为重大工程地质问题列为专题，进行深入细致的勘察研究。

通过对长江 葛洲坝水利枢纽和黄河 小浪底水利枢纽的坝基和岸坡岩体内软弱夹层的微观结构及力学试验研究发现，泥化带内错动泥化面的抗剪指标最低，其原因是由于片状粘土矿物近似平行于错动泥岩面的定向排列所致。坝基岩体内如有软弱夹层，会影响坝基岩体的抗滑稳定性。河谷谷坡或道路边坡岩体内存在软弱夹层，往往会导致斜坡崩滑失稳。软弱夹层的厚度，层面的起伏差和粗糙度，对其力学性能影响较大。一般取流变起始强度作为软弱夹层的抗剪强度值。这个值相当于屈服强度，约为其峰值强度的80%。 2100433B