考虑节理劣化效应和爆破荷载历时的顺层岩体边坡安全分析

分析爆破荷载作用下顺层岩体边坡变形破坏机理、评价爆破荷载作用下顺层岩体边坡的稳定性、提出爆破荷载作用下顺层岩体边坡安全阈值是水电、交通、矿山等行业边坡爆破开挖施工过程中需要解决的核心工程难题之一。基于爆破振动作用诱发的节理（结构面）抗剪强度劣化是爆破荷载作用下顺层岩体边坡变形破坏的主要原因之一的认识，本项目将依托广东台山核电站工程，通过系统的室内实验和理论分析研究爆破荷载作用下节理抗剪强度的劣化机理，建立考虑法向应力、加载峰值和频率的节理强度准则和分析模型。在此基础上，通过振动台物理模型实验、现场监测和数值模拟深入研究爆破荷载作用下顺层岩体边坡变形破坏机理，提出考虑节理劣化效应和爆破荷载历时的顺层岩体边坡安全系数和安全阈值分析方法，为水电、核电、交通和矿业工程中的岩体边坡爆破安全评价和控制提供理论依据。

本项目紧密围绕解决核电、水电、交通等行业边坡爆破开挖施工过程中边坡变形破坏机理与安全评价方法关键理论问题开展了深入细致的研究。开展了动荷载作用下室内节理试件抗剪强度实验，较好的掌握了冲击荷载作用下节理劣化力学行为。通过对节理抗剪强度随法向应力和冲击荷载特征等因素的变化规律分析，建立了考虑法向应力、冲击荷载特征等因素的节理强度准则和分析模型，分析结果表明该模型可以很好地反映动荷载作用下节理的滑移劣化力学行为。基于传递函数动力分析方法，提出了采用现场实测质点振动速度时程曲线来反演数值分析模型底部输入荷载的新方法，可为数值模拟分析提供准确的输入动荷载。在系统研究边坡动力放大效应的基础上，揭示了爆破荷载作用下顺层岩体边坡变形破坏机理主要表现为上部拉裂与下部剪切滑移这一复合变形破坏模式。采用强度折减与离散单元法相结合方法，基于爆破荷载作用下边坡关键点速度矢量和位移矢量的变化规律定义了边坡极限平衡状态和破坏状态，并在此基础上提出了确定动荷载作用下边坡安全系数和临界滑动面的新方法，并采用传统拟静力法与极限平衡法相结合的方法验证了建议方法的合适与有效性。综合现场监测、室内实验和数值模拟结果，系统研究了边坡几何参数包括坡高、坡度、岩层倾角和爆破荷载参数包括峰值、频率等因素对爆破荷载作用下顺层岩体边坡安全系数和安全速度阈值的影响规律。研究成果通过在依托工程和水电、交通等行业边坡爆破开挖施工控制过程中的应用，为相关边坡的爆破安全评价和控制提供了理论依据与技术指导，并产生了良好的经济效益。