直剪作用下岩桥破坏机制的数值模拟研究

• 作 者: 张帅
• 出 处: 中国地质大学(北京)
• 发表日期: 2020年10期
• 关键词: 锁固型滑坡 锁固段 岩桥 直剪试验 ABAQUS 数值模拟

滑坡是一种全球性的重要地质灾害,开展其失稳机理及预测研究,科学评价其发生可能性及准确预测其发生时间,具有十分迫切的社会需求和重要的科学价值。相对于其他类型滑坡的失稳机制,锁固型滑坡的失稳机制相对更清楚、更易于理解。换言之,锁固型斜坡的失稳预测可能更容易解决。大量研究指出,锁固段是控制锁固型滑坡演化过程的关键地质结构,洞察锁固段脆性破坏的力学行为特征,并对其展开定量分析,对于解决锁固型斜坡失稳预测具有不可忽视的价值意义。本论文以顺层直剪型锁固型滑坡为研究原型,将其概化为共面岩桥模型,旨在揭示共面岩桥在直剪作用下的破裂机制,以便更好地理解顺层直剪型锁固滑坡失稳过程,进而有助于解决其预测问题。为便于研究,本文以共面双岩桥模型为研究对象。需指出的是,尽管已有不少学者们对含岩桥的岩体在直剪作用下的力学行为进行了研究,提升了我们对含岩桥的岩体变形破坏过程的认识,但对于软弱夹层中含多个岩桥破裂过程相互作用机制尚缺乏定量研究,且多个岩桥破裂贯通次序受哪些因素控制仍有待深入研究考证。综合前人研究基础,重点开展了以下几方面的研究内容并取得了相应的成果:(1)归纳总结了有关含岩桥的岩体中的裂纹分类情况及其扩展贯通过程中常使用的几种准则:莫尔-库仑准则、最大拉应力准则、Jennings强度准则和Lajtai岩桥破坏理论准则。(2)利用ABAQUS对含岩桥的岩体开展了直剪数值仿真模拟,探究了裂纹连通率和法向应力别对模型破坏过程中裂纹扩展的影响。相同连通率、不同法向应力状态下,随着法向应力增加,翼裂纹来越难以扩展,说明法向应力的越大对张拉裂纹的发育的抑制作用越强烈;相同法向应力状态、不同连通率下,随着连通率增加,两端原生裂纹的端部翼裂纹发育越好。(3)利用ABAQUS对含有两个锁固段的模型开展了直剪数值仿真模拟,探究了法向应力、锁固段尺寸、锁固段强度三因素对两个锁固段破裂次序的影响。直剪时,锁固段的破裂次序受锁固段尺寸和强度的影响,通常遵循尺寸小的、锁固段强度小的先破坏的规律。