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危巖破壞激振效應(yīng)試驗(yàn)研究
(論文部分內(nèi)容摘抄)
危巖破壞瞬間存在能量突然釋放問題，對相鄰危巖體產(chǎn)生明顯的激振作用，可采用激振加速度、峰值速度及激振位移表征。以墜落式危巖為例，進(jìn)行危巖破壞激振效應(yīng)模型試驗(yàn)，獲得了 13 萬多個(gè)危巖破壞激振加速度測試數(shù)據(jù)。基于試驗(yàn)現(xiàn)象，分析了危巖破壞機(jī)理進(jìn)一步研究中應(yīng)高度重視的兩個(gè)重要科學(xué)問題，即危巖破壞過程中主控結(jié)構(gòu)面端部遵循”純拉狀態(tài)”→”弱剪強(qiáng)拉狀態(tài)”→”強(qiáng)剪弱拉狀態(tài)”→”純剪狀態(tài)”的演變規(guī)律，科學(xué)描述各階段的力學(xué)演繹過程，危巖穩(wěn)定性分析中應(yīng)考慮危巖破壞激振效應(yīng)，科學(xué)表征危巖破壞瞬間相鄰危巖體的瞬時(shí)穩(wěn)定性態(tài)。研究成果為進(jìn)一步分析危巖破壞機(jī)制及致災(zāi)效應(yīng)具有一定參考借鑒作用。
三峽庫區(qū)的南川金佛山甄子巖、武隆雞尾山、合川三匯煤礦磨子巖、江津四面山紅巖山、重慶城區(qū)佛圖關(guān)、萬州城區(qū)太白巖、首立山、天生城、枇杷坪、華鎣山老巖、巫溪南門山以及四川省汶川地震區(qū)國道213 線等，大量危巖崩塌災(zāi)害事件均表明，特大型與大型危巖破壞具有群發(fā)性，連鎖激振效應(yīng)，探索危巖崩塌連鎖效應(yīng)是揭示危巖群發(fā)性破壞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。
迄今，國外學(xué)者高度重視危巖破壞后的崩塌問題研究，為了適應(yīng)山區(qū)公路、礦山及城鎮(zhèn)危巖崩塌減災(zāi)防災(zāi)迫切需求，本文通過模型試驗(yàn)探索危巖塊崩落對相鄰危巖塊產(chǎn)生的激振效應(yīng)，獲取急振荷載作用時(shí)間，在不同方向上急振波傳播的衰減差異。對于深入研究群發(fā)性危巖破壞機(jī)制具有積極意義。
試驗(yàn)設(shè)備:
本試驗(yàn)儀器設(shè)備為壓電式加速度傳感器、德國Excelitas PCO 公司的pco.dimax高速相機(jī) 、動(dòng)態(tài)頻譜測試儀、計(jì)算機(jī)，試驗(yàn)藥劑為靜態(tài)。本文采用在主控結(jié)構(gòu)面貫通段內(nèi)充填型靜態(tài)（在 20°～ 40°環(huán)境溫度范圍內(nèi)，15min 內(nèi)可達(dá)到比較大膨脹力），緩慢注入蒸餾水，靜態(tài)逐漸膨脹，產(chǎn)生膨脹力，導(dǎo)致主控結(jié)構(gòu)面端部斷裂、擴(kuò)展、延伸。
隨著主控結(jié)構(gòu)面內(nèi)靜態(tài)吸水膨脹，所產(chǎn)生的膨脹力使主控結(jié)構(gòu)面貫通率逐漸增大，但主控結(jié)構(gòu)面沿著偏離主控結(jié)構(gòu)面軸線方向約 23°方向擴(kuò)展，此時(shí)主控結(jié)構(gòu)面貫通率增加到 78.2%。隨著主控結(jié)構(gòu)面前列應(yīng)力調(diào)整，裂紋擴(kuò)展，其端部裂紋擴(kuò)展方向逐漸趨與主控結(jié)構(gòu)面軸線方向一致，其貫通率增加到 93.2%；當(dāng)主控結(jié)構(gòu)面貫通率達(dá)到 97.3%時(shí)，危巖體突發(fā)性破壞。危巖破壞過程中，危巖體后壁面傾角由直立逐漸轉(zhuǎn)為傾斜，在危巖體突發(fā)性破壞瞬間，其后壁面傾角在85°左右，完全脫離母巖時(shí)后壁面傾角約 58°。表明，墜落式危巖破壞過程中，主控結(jié)構(gòu)面端部應(yīng)力場極其復(fù)雜。
遵循 ”純拉狀態(tài)” → ”弱剪強(qiáng)拉狀態(tài)”→ ”強(qiáng)剪弱拉狀態(tài)” →”純剪狀態(tài)” 的演變規(guī)律。
試驗(yàn)表明，主控結(jié)構(gòu)面貫通率達(dá)到 97.3%時(shí)，危巖發(fā)生突發(fā)性破壞。從能量角度，主控結(jié)構(gòu)面從貫通率 54.5%增大到 97.3%過程中，危巖均會緩慢釋放能量，而危巖突發(fā)性破壞瞬間釋放的能量會產(chǎn)生的激振作用。
三峽庫區(qū)武隆雞尾山特大型山體崩塌、重慶市南川金佛山風(fēng)景名勝區(qū)內(nèi)甄子巖危巖破壞實(shí)例均表明，陡崖或陡坡上危巖體分布，并具有成生關(guān)系，危巖破壞具有鏈?zhǔn)叫?yīng)，導(dǎo)致危巖破壞通常具有群發(fā)性，出現(xiàn)鏈?zhǔn)叫?yīng)的動(dòng)力因素應(yīng)該與危巖破壞激振效應(yīng)有關(guān)。
在危巖穩(wěn)定性分析中考慮危巖破壞激振效應(yīng)，可能是危巖鏈?zhǔn)奖浪年P(guān)鍵環(huán)節(jié)之一?？梢?，構(gòu)建危巖破壞激振能量計(jì)算方法，科學(xué)揭示激振能量向周圍危巖體傳遞規(guī)律，量化不同部位可能出現(xiàn)的激振能量大小；提出激振能量與應(yīng)力之間的轉(zhuǎn)換式，據(jù)此修正危巖穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)考慮激振效應(yīng)的危巖穩(wěn)定性態(tài)科學(xué)判別。
德國/ Excelitas PCO 公司的pco.dimax高速相機(jī)，具備高分辨率、高感光度、高幀率的優(yōu)點(diǎn)，將高速實(shí)驗(yàn)過程完美記錄，為實(shí)驗(yàn)提供強(qiáng)而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。
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