动应力场与渗流场耦合作用下软弱岩土动态流变损伤致灾机理研究

If the dynamic stress field,which is caused by machine vibrating,vehicle loading,earthquake and so on, is coupled with seepage,it will accelerate the rheology and rheological damage of soft rock soil,and lead serious geotechnical engineering accidents,at the same time it will induce more landslide etc gravely geology disasters of soft rock soil.It is the mostly power rheology damage destructive that the dynamic stress field is coupled with seepage,and the evolvment of micro and meso structure becomes the most important interior factor of catastrophe destabilizing.So it is no time to delay to research emphatically the mechanism of dynamic rheology damage of causing disasters of soft rock soil under Multi-field coupling condition..The sedimentary soft rock of southeast areas in fujian province is selected as the experiment samples,and some research technology means such as dynamic rheological damage mechanics,micro and meso structure physics theory,mechanics modeling,dynamic triaxial test,simulating experiment, microstructure analysis,ultrasonic detect etc are used in this research subject.With the dynamic stress field coupling with seepage field, the main contents about soft rock soil such as dynamic rheological damage characteristics,the variable of rheological damage and damage evolution equation, the rheological damage dynamics modeland equation, micro and meso structure evolution and so on are researched.The research findings have important theoretical significance for us to disclose dynamic rheological damage evolution law,distortion destroy dynamics and microstructure mechanism. It have also realism significance for us to deepen and develop dynamic rheological damage mechanics theory realm and project apply area of soft rock soil, defend and control rheological damage disasters,maintain the security and stability of geotechnical engineering.

机械振动、交通荷载、地震等产生的动应力场与软弱岩土内渗流场耦合,加速其流变和流变损伤,导致严重的岩土工程事故,引发更多的滑坡等重大地质灾害。动应力场与渗流场耦合作用成为岩土流变损伤破坏的主要动力,而微细观结构演变则是灾变失稳的重要内因。因此,加强多场耦合条件下软弱岩土动态流变损伤致灾机理研究刻不容缓。项目以福建东南部沉积软岩为例,运用动态流变损伤力学和岩土微细观物理学理论方法,采用力学建模、动三轴实验、模拟试验、微细观结构分析、超声波探测等技术手段,研究动应力场与渗流场耦合作用下软弱岩土动态流变损伤力学特性、流变损伤变量与损伤演化方程、流变损伤动力学模型与动力学方程、微细观结构演变等。研究成果对揭示软弱岩土动态流变损伤演化规律、变形破坏动力学机制和微细观机理,对深化拓展岩土动态流变损伤力学的理论领域和工程应用范围、预防和控制岩土流变损伤灾害、维护岩土工程安全稳定等具有重要的理论和现实意义。

1）采集厦门地区花岗岩残积土为代表性土样，配制成5种不同含水率的试样，通过直剪试验，测试试样含水率与内部粘聚力、内摩擦角的相互关系，从而揭示含水率对残积土力学性能的影响规律。.2）以工程相似模拟试验原理为依据，以土体边坡坡度、降雨强度为控制变量，设计了16种降雨滑坡模拟试验方案。在不同降雨强度条件下对不同角度的土体边坡模型进行了降雨滑坡模拟试验，并对试验结果进行统计对比分析，从宏观角度对土体失稳破坏的规律进行探讨。.3）采用岩土细观变化图像采集和分析系统，采集大量细观变化图像和照片，通过图像处理技术，结合计算机语言编写图像处理程序，进行计算和处理，获得土体颗粒团的细观运动数据信息和运动轨迹，从细观角度揭示降雨滑坡土体失稳破坏形式与细观运动演变的之间的关系。.以软弱砂岩为研究对象，利用RLW-2000M三轴流变试验机研究了砂岩在动应力场-渗流场耦合作用下的动态流变损伤特性。.4) 试验过程中的围压和渗流压力不变，使试样分别在呈正弦变化的四种不同频率的动态荷载下振动，每一组试验的动载分四个级别施加，直至试样发生破坏，研究动载大小及动载频率对砂岩轴向变形、径向变形、轴向应变速率、径向应变速率、轴向应力-应变曲线、径向应力-应变曲线的影响特性。.5) 试验过程中的围压和动载频率不变，使试样分别在呈正弦变化的四种不同动载范围的荷载下振动，每一组试验的渗流压力分四个级别施加，直至试样发生破坏，研究渗流压力及动载大小对砂岩轴向变形、径向变形、轴向应变速率、径向应变速率、轴向应力-应变曲线、径向应力-应变曲线的影响特性。.6）选取轴向动应变作为损伤变量，经理论推导得到试样的损伤度表达式，并根据试验数据得到试样损伤度的变化规律，基于能量耗散规律建立了试样的损伤演化模型，在此基础上利用origin8.0软件对已建立的损伤演化模型中的参数进行拟合，得到了试样的损伤演化方程。.7) 根据已有的流变模型，建立砂岩试样的流变损伤力学模型，考虑动载和渗流对试样的耦合作用，并引入损伤演化和渗流劣化，推导了动应力场-渗流场耦合作用下的动态流变损伤方程。