張景昱 陳洪凱

摘 要：危巖主控結(jié)構(gòu)面端部區(qū)域的應(yīng)力變化是導(dǎo)致危巖破壞的主要因素。針對壓剪破壞型危巖，進(jìn)行室內(nèi)模型試驗。主控結(jié)構(gòu)面端部區(qū)域的平面應(yīng)力狀態(tài)可以用兩個主應(yīng)變ε1和ε2來表示，在模型主控結(jié)構(gòu)面端部布置了5個測點(diǎn)，試驗量測到5個測點(diǎn)在施加荷載過程中兩個主應(yīng)力的變化曲線；對試驗結(jié)果分析表明，危巖主控結(jié)構(gòu)面端部區(qū)域的1#、4#和5#測點(diǎn)的主應(yīng)變在所施加荷載逐漸增加的情況下，變化較大；2#和3#測點(diǎn)的主應(yīng)變的變化較小。說明1#、4#和5#測點(diǎn)的主應(yīng)力變化最為敏感，敏感程度1#>4#>5#>3#>2#；3#測點(diǎn)在整個過程中兩個主應(yīng)力方向上均處于受壓狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：危巖 主控結(jié)構(gòu)面 主應(yīng)變 模型試驗

中圖分類號：P642.2 文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（c）-0026-02

危巖崩塌是我國山區(qū)主要地質(zhì)災(zāi)害類型之一，其破壞具有突發(fā)性、強(qiáng)致災(zāi)行和泛生性，嚴(yán)重威脅山地公路、鐵道干線和城鎮(zhèn)居民安全等。危巖崩塌破壞的根本原因是其主控結(jié)構(gòu)面裂紋端部的擴(kuò)展，而其擴(kuò)展是由于主控結(jié)構(gòu)面端部區(qū)域應(yīng)力應(yīng)變的變化，探索危巖主控結(jié)構(gòu)面端部應(yīng)力應(yīng)變的變化是揭示危巖破壞機(jī)理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

迄今，在危巖破壞機(jī)理方面公開報道的研究成果較少，陳洪凱、鮮學(xué)福和唐紅梅探討了崩塌災(zāi)害形成機(jī)制[1]，基于損傷力學(xué)和斷裂力學(xué)探討了危巖主控結(jié)構(gòu)面端部損傷特性[2]和在裂隙水壓力作用下的疲勞斷裂特性[3]，提出了危巖斷裂穩(wěn)定性分析方法[4]，分析了危巖塊崩落瞬間可能出現(xiàn)的激振效應(yīng)[5]及危巖塊彈沖動力參數(shù)[6]，初步揭示了陡崖上群發(fā)性危巖塊的崩落序列[7]。上述研究基本未對危巖主控結(jié)構(gòu)面端部區(qū)域應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行分析，因此，該文通過模型試驗，以壓剪破壞型危巖為例，探索危巖主控結(jié)構(gòu)面端部應(yīng)力應(yīng)變在擴(kuò)展前的變化，進(jìn)一步揭示危巖破壞機(jī)理。

1 危巖主控結(jié)構(gòu)面端部應(yīng)力場試驗

1.1 試驗?zāi)Ｐ?/p>

針對壓剪破壞型危巖，建造試驗?zāi)Ｐ腿鐖D1所示，試件含預(yù)制斜裂紋60 mm，且斜裂紋傾斜角為75°，布置了五個應(yīng)變測點(diǎn)（圖2），其中1#測點(diǎn)位于危巖主控結(jié)構(gòu)面端部，2#測點(diǎn)位于1#測點(diǎn)正下方5 cm處，3#測點(diǎn)位于1#測點(diǎn)水平右方5 cm處，5#測點(diǎn)位于3#測點(diǎn)正下方5 cm處，4#測點(diǎn)為以上四個測點(diǎn)組成正方形的形心。

模擬危巖的試件用M25水泥砂漿制成，配合比為水泥：砂：水=1∶3.15∶0.63，其抗壓強(qiáng)度為16.83 MPa，抗拉強(qiáng)度為0.89 MPa，重度為20.13 kN/m3，彈性模量3.37 GPa，泊松比0.19。

2.2 試驗荷載

模型中，施加的荷載位于主控結(jié)構(gòu)面右段（圖3），每級荷載為2 MPa，至試件裂紋擴(kuò)展為止，且每級荷載暫停1 min。該模型試驗重點(diǎn)關(guān)注主控結(jié)構(gòu)面端部擴(kuò)展前1#、2#、3#、4#和5#各測點(diǎn)所采集的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 測點(diǎn)應(yīng)變變化趨勢圖

各測點(diǎn)平面主應(yīng)變分別為ε1和ε2，試件主控面開始擴(kuò)展前所得數(shù)據(jù)處理后如4（a）、（b）、（c）、（d）和（e）所示。

從圖4可以看出，

（1）在主控面擴(kuò)展前，施加的荷載依次為2 MPa、4 MPa、6 MPa和8 MPa，在8 MPa以后主控面開始擴(kuò)展。

（2）施加荷載達(dá)到2 MPa時，1#和4#測點(diǎn)的壓應(yīng)變ε2較大于其他3個測點(diǎn)，分別為-209.8με和-166.2 με；1#和5#測點(diǎn)的拉應(yīng)變ε1較大于其它三各測點(diǎn)，分別為65.5 με和48.7 με。

當(dāng)荷載達(dá)到4 MPa時，1#、4#和5#測點(diǎn)壓應(yīng)變ε2較大，分別為-588με、-412.9 με和-384.8 με；1#和5#測點(diǎn)的拉應(yīng)變ε1較大，分別為175.2 με和138.3 με。

當(dāng)荷載達(dá)到6 MPa時，1#、4#和5#測點(diǎn)壓應(yīng)變ε2較大，分別為-1093.5με、-1025.3 με和-689.1 με；1#和5#測點(diǎn)的拉應(yīng)變ε1較大，分別為297.2με和233.7με。

當(dāng)荷載達(dá)到8 MPa時，1#、4#和5#測點(diǎn)壓應(yīng)變ε2較大，分別為-1836.5με、-1733.9με和-1092.6με；1#和5#測點(diǎn)的拉應(yīng)變ε1較大，分別為457.4με和367.2με。

各級荷載下測點(diǎn)主應(yīng)變情況列表如表1所示。

（3）1#、4#和5#測點(diǎn)的主應(yīng)變在所施加荷載逐漸增加的情況下，變化較大；2#和3#測點(diǎn)的主應(yīng)變的變化較小。說明在該模型試驗中，1#、4#和5#測點(diǎn)在主控面擴(kuò)展前主應(yīng)力變化最為敏感，且變化程度為1#>4#>5#>3#>2#。

（4）1#、2#、4#和5#測點(diǎn)的兩個主應(yīng)變ε1和ε2均為一正一負(fù)，即一個受拉一個受壓；而3#測點(diǎn)則全為負(fù)值，說明該測點(diǎn)的兩個主應(yīng)力方向上全為受壓狀態(tài)。

3 結(jié)論

危巖主控結(jié)構(gòu)面端部附近區(qū)域的平面應(yīng)力變化情況可用兩個主應(yīng)變ε1和ε2來表示，負(fù)值表示受壓，正值表示受拉。基于壓剪破壞型危巖室內(nèi)模型試驗，該文主控面端部區(qū)域各測點(diǎn)的主應(yīng)變變化情況進(jìn)行了分析，得到如下結(jié)論。

（1）通過壓剪破型危巖室內(nèi)模型試驗，利用應(yīng)變片采集了主控結(jié)構(gòu)面端部區(qū)域的應(yīng)力變化狀態(tài)，獲得各測點(diǎn)主應(yīng)力變化趨勢圖。

（2）危巖主控結(jié)構(gòu)面端部區(qū)域的1#、4#和5#測點(diǎn)的主應(yīng)變在所施加荷載逐漸增加的情況下，變化較大；2#和3#測點(diǎn)的主應(yīng)變的變化較小。且1#、4#和5#測點(diǎn)的主應(yīng)力變化最大，變化程度1#>4#> 5#>3#>2#。

（3）1#、2#、4#和5#測點(diǎn)的兩個主應(yīng)力ε1和ε2均為一正一負(fù)，即一個受拉一個受壓；而3#測點(diǎn)則全為負(fù)值，說明該測點(diǎn)的兩個主應(yīng)力方向上在整個施加何在過程中全為受壓狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

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