《岩石边坡剪切蠕变滑移机理与潜在滑移面关键单元识别技术》

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边坡是自然或人工开挖形成的斜坡,是人类工程活动中最基本的地质环境之一,也是工程建设中最常见的工程形式。作为全球性三大地质灾害之一的边坡失稳滑移,严重危及到国家财产和人们的生命安全。随着中国基础建设的大力发展,在矿山、水利、交通等部门都涉及到大量的边坡问题。该项目依托国家自然科学基金项目,重点研究基于剪切蠕变的岩质边坡时效特性,掌握边坡上覆载荷-时效特征及边坡关键单元细观渐进破坏规律,建立边坡渐进破坏时效模型,为有效且经济的解决边坡问题提供理论支持和实践指导。

1.主要技术内容:

(1)以所建立的非均质边坡模型为基础,开展了不同均质度对边坡稳定性的影响、边坡潜在滑移面及其关键单元识别和关键单元的动态性及其动态路径对边坡稳定性的影响作用的模拟研究。

(2)以边坡潜在滑移面关键单元的力学环境为依据,运用自行研制的试验设备和软件,系统地开展了边坡关键单元砂岩的物理力学试验。

(3)运用分形理论,二次改进了立方体覆盖法,并运用二次改进法对砂岩剪切蠕变裂隙演化和破断面进行了分形特征研究。

(4)提出了一种表示岩石渐进式破坏特性的非线性塑性元件模型,建立了可反映岩石渐进性破坏特性和蠕变失稳机制的蠕变模型。

2.主要科技创新:

(1)试验装置的研发与细观监测软件的编制:开发了一种软弱煤岩剪切蠕变试验装置,在此基础上,研发基于细观分析的微结构演化三维自动测控试验装置,并编制了煤岩表面微结构动态演化三维细观监测软件,对剪切蠕变试验进行观测;

(2)提出了一种可表征岩石渐进式破坏特性的PFY塑性元件模型,建立了变参数可反映岩石内部渐进破坏特性和蠕变失稳机制限制性剪切蠕变模型;

(3)提出了一种边坡潜在滑移面关键单元岩体识别技术,该技术可对边坡潜在滑移面和关键单元进行判断识别;

(4)提出了一种基于岩石剪切蠕变的滑移机理,认为边坡变形破坏过程是一个内部岩体“破坏-失衡-重分布-再平衡“的由局部的无序破坏渐进发展为整体的有序破坏的时效循环过程。

3.创新性成果:

(1)发明专利2项;(2)实用新型专利1项;(3)软件著作权2项;(4)出版专著1部;(5)发表学术论文12篇,其中SCI收录2篇,EI收录4篇。

4.技术成熟度及适用范围:

项目研究成果可应用于景观边坡、道路边坡、矿山边坡、水利水电边坡等岩质边坡工程的边坡滑坡预测预判、边坡角度的优化,边坡支护优化等工程,具有广阔的应用前景。

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