危岩破坏激振效应试验研究

(论文部分内容摘抄)

危岩破坏瞬间存在能量突然释放问题，对相邻危岩体产生明显的激振作用，可采用激振加速度、峰值速度及激振位移表征。以坠落式危岩为例，进行危岩破坏激振效应模型试验，获得了 13 万多个危岩破坏激振加速度测试数据。基于试验现象，分析了危岩破坏机理进一步研究中应高度重视的两个重要科学问题，即危岩破坏过程中主控结构面端部遵循”纯拉状态”→”弱剪强拉状态”→”强剪弱拉状态”→”纯剪状态”的演变规律，科学描述各阶段的力学演绎过程，危岩稳定性分析中应考虑危岩破坏激振效应，科学表征危岩破坏瞬间相邻危岩体的瞬时稳定性态。研究成果为进一步分析危岩破坏机制及致灾效应具有一定参考借鉴作用。

三峡库区的南川金佛山甄子岩、武隆鸡尾山、合川三汇煤矿磨子岩、江津四面山红岩山、重庆城区佛图关、万州城区太白岩、首立山、天生城、枇杷坪、华蓥山老岩、巫溪南门山以及四川省汶川地震区国道213 线等，大量危岩崩塌灾害事件均表明，特大型与大型危岩破坏具有群发性，连锁激振效应，探索危岩崩塌连锁效应是揭示危岩群发性破坏的关键环节之一。

迄今，国外学者高度重视危岩破坏后的崩塌问题研究，为了适应山区公路、矿山及城镇危岩崩塌减灾防灾迫切需求，本文通过模型试验探索危岩块崩落对相邻危岩块产生的激振效应，获取急振荷载作用时间，在不同方向上急振波传播的衰减差异。对于深入研究群发性危岩破坏机制具有积极意义。

试验设备:

本试验仪器设备为压电式加速度传感器、德国Excelitas PCO 公司的pco.dimax高速相机 、动态频谱测试仪、计算机，试验药剂为静态。本文采用在主控结构面贯通段内充填型静态（在 20°～ 40°环境温度范围内，15min 内可达到比较大膨胀力），缓慢注入蒸馏水，静态逐渐膨胀，产生膨胀力，导致主控结构面端部断裂、扩展、延伸。

随着主控结构面内静态吸水膨胀，所产生的膨胀力使主控结构面贯通率逐渐增大，但主控结构面沿着偏离主控结构面轴线方向约 23°方向扩展，此时主控结构面贯通率增加到 78.2%。随着主控结构面前列应力调整，裂纹扩展，其端部裂纹扩展方向逐渐趋与主控结构面轴线方向一致，其贯通率增加到 93.2%；当主控结构面贯通率达到 97.3%时，危岩体突发性破坏。危岩破坏过程中，危岩体后壁面倾角由直立逐渐转为倾斜，在危岩体突发性破坏瞬间，其后壁面倾角在85°左右，完全脱离母岩时后壁面倾角约 58°。表明，坠落式危岩破坏过程中，主控结构面端部应力场极其复杂。

遵循 ”纯拉状态” → ”弱剪强拉状态”→ ”强剪弱拉状态” →”纯剪状态” 的演变规律。

试验表明，主控结构面贯通率达到 97.3%时，危岩发生突发性破坏。从能量角度，主控结构面从贯通率 54.5%增大到 97.3%过程中，危岩均会缓慢释放能量，而危岩突发性破坏瞬间释放的能量会产生的激振作用。

三峡库区武隆鸡尾山特大型山体崩塌、重庆市南川金佛山风景名胜区内甄子岩危岩破坏实例均表明，陡崖或陡坡上危岩体分布，并具有成生关系，危岩破坏具有链式效应，导致危岩破坏通常具有群发性，出现链式效应的动力因素应该与危岩破坏激振效应有关。

在危岩稳定性分析中考虑危岩破坏激振效应，可能是危岩链式崩塌的关键环节之一。可见，构建危岩破坏激振能量计算方法，科学揭示激振能量向周围危岩体传递规律，量化不同部位可能出现的激振能量大小；提出激振能量与应力之间的转换式，据此修正危岩稳定系数计算方法，进而实现考虑激振效应的危岩稳定性态科学判别。

德国/ Excelitas PCO 公司的pco.dimax高速相机，具备高分辨率、高感光度、高帧率的优点，将高速实验过程完美记录，为实验提供强而有力的图像数据支持。

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