循环荷载下岩坡疲劳劣化研究

随着高速铁路、高速公路等不断向山区延伸，边坡工程问题日益突出。列车高速运行引起的周围边坡的振动、地基振动、永久变形以及一系列相关的动力学和边坡失稳灾害与环境损伤防治问题已经成为亟待解决的关键问题。通过室内及现场测试与分析，采用不连续介质力学理论、随机过程理论、疲劳累积损伤理论以及有限元技术，研究循环荷载下岩石节理力学行为，研究循环荷载作用下节理岩体边坡疲劳劣化和响应规律，揭示其疲劳劣化机理及其关键性影响因素；建立描述疲劳劣化的力学模型，进行节理岩体边坡疲劳劣化的诊断；提出节理岩体边坡抗疲劳设计参数及其控制技术。研究成果将为循环荷载作用下节理岩体边坡的变形特性的计算、分析和治理提供重要的依据，对减少或避免各类环境振动造成的岩土灾害、对循环荷载下边坡的长期安全性及耐久性具有重要的理论研究意义及实际意义，具有广阔的应用前景。

边坡岩体在动荷载长期作用下可能发生疲劳破坏，进而诱发边坡失稳。然而，对于循环荷载下节理岩体边坡的劣化、结构面对岩质边坡稳定性的影响则研究不够。采用室内模型试验、数值仿真以及现场工程边坡实例研究相结合的方式开展研究。研究成果对动荷载下岩质边坡加固设计和边坡耐久性评估具有重要的理论及实际意义。.研究得到的主要创新性成果有：.（1）循环荷载下裂隙岩体的疲劳变形曲线受其静态全过程曲线控制，其疲劳累积损伤演化过程也具有倒S形三阶段特征。可以通过对Hoek-Brown准则进行修正来估计实际岩体在疲劳荷载下的力学参数演化特征。推导的循环剪切本构模型较真实地反映了结构面在循环剪切下强度劣化和刚度退化的性质，且具有参数数量少、确定方便的优点。.（2）爆破荷载对边坡的影响范围有限，大致局限于高程等于动荷载输入面的尺度，水平距离等于动荷载输入面尺度两倍的范围内。各级台阶的坡脚，尤其是最低一级台阶的坡脚是最容易发生疲劳破坏的部位。相比于地震荷载，爆破荷载引起结构面劣化的程度较小，但更容易使边坡在动荷载作用期间发生失稳。多次爆破荷载作用下，边坡安全系数最大值随爆破次数单调下降。.（3）借助疲劳损伤在线监测辅助试验系统，得到对损伤过程较敏感的损伤参数A值，并由A值曲线描述出试样疲劳损伤的三阶段变化规律；据此将模型试样的疲劳损伤过程分为：初始变形阶段、等速变形阶段及加速变形阶段。.（4）通过对加锚完整模型试样进行锚杆抗拔试验研究，得出循环荷载作用下锚杆抗拔力的衰减规律，并提出了循环荷载下锚杆抗拔力衰减系数，用以直观分析循环荷载作用下锚杆的安全性。.（5）对裂隙试样(单裂隙、双裂隙)及其锚杆锚固试样进行疲劳损伤过程中时域参数的对比研究，总体上随着疲劳损伤的发展，超声波速变化较敏感，呈现出较明显的倒S形三阶段衰减规律。.（6）以循环荷载作用下模型试样疲劳劣化试验为基础，选择超声波速来定义损伤变量D，对不同裂隙倾角的模型试样的初始损伤及疲劳损伤演化规律进行了研究。以试样疲劳累积损伤三阶段演化规律为基础，提出非线性三阶段累积损伤模型。.（7）以交通荷载作用下锚固节理岩体边坡为研究背景，通过数值模拟研究发现在锚索自由段范围内，存在轴力下降又上升的“小平台”，其位置对应于锚索穿过节理的一小段范围，在实际工程中有助于对岩体内松散、破碎结构面或空洞的位置进行推断。