震区边坡潜在滑动结构面强度震动弱化机理研究

The strength weakening effect of seismic slope potential sliding structural plane have great influence on the rock slope dynamic behavior. In high intensity earthquake regions of western China, taking the slope potential sliding structural plane as the research subject. Through field investigation, the potential shock weakening factors of the structural plane are quantified and classified. Based on the structural plane weakening mechanical test, study the shearing strength weakening characteristic of structural plane under seismic loads. The structure influence factor (structure initial roughness, filling degree) and seismic factor (seismic frequency, amplitude and duration) on the strength of the structure surface shock attenuation is analyzed. By nonlinear multiple regression and sensitivity analysis to determine the main structural strength weakening factors. Based on the Barton strength model and Indraratna strength model, consider the structural plane factors and seismic factors, establish the equation of structural plane shearing strength. Put forward the strength weakening criterion of hard contact (no filled type) structural plane and soft sandwich structural plane under seismic loads. The criterion is verified by the numerical simulation and the typical structure plane weakening mechanical test. The research will reveal the structural plane strength weakening mechanism, which will provide an important theoretical basis for the dynamic stability analysis and the dynamic response of rock slope in the western mountainous regions of China.

边坡潜在滑动结构面在地震作用下强度弱化效应，对岩体边坡地震动力学行为有极为重要的影响。本项目以我国西部高烈度地震区边坡潜在滑动结构面为研究对象，通过现场调查，对结构面强度潜在震动弱化影响因子进行量化分级。基于结构面震动弱化试验，研究结构面在地震荷载作用下剪切强度的弱化特征，分析结构面因子（初始粗糙度、充填度等）和地震因子（频率、振幅、持时）对结构面强度震动弱化的影响规律。通过非线性多元回归和敏感性分析，确定影响结构面强度弱化的主要因素。基于Barton强度模型及Indraratna强度模型，构建考虑结构面因子和地震因子的抗剪强度表达式，建立硬接触（无充填型）结构面以及含软弱夹层结构面在地震荷载作用下的强度弱化准则，应用数值模拟和特征结构面震动弱化试验对其进行验证。研究成果将深入揭示结构面在地震荷载作用下的强度弱化机理，为我国西部山区岩体边坡地震稳定性及地震动力响应研究提供重要的理论依据。

项目课题以震区边坡潜在滑动结构面为研究对象，通过结构面强度震动弱化试验，研究了无充填型结构面和含充填物结构面在各种影响因子作用下，其强度参数、形态参数的弱化规律。基于多元线性回归拟合，分别提出了结构面剪切弱化模型、无充填结构面震动弱化模型以及含充填物结构面震动弱化模型。获得的主要研究成果如下：.1.通过结构面剪切弱化试验发现，随着剪切位移的增加，结构面损伤系数N以及结构面形态参数Z2出现先缓慢弱化，再快速弱化，最后再次转入慢速弱化并且趋于稳定的现象。根据以上特点，我们将结构面在剪切过程中的弱化进程划分为初始弱化阶段、快速弱化阶段以及稳定弱化阶段。.2.结构面剪切弱化试验认为，影响结构面强度弱化的主要影响因子有结构面形态参数JRC/Z_2 (initial)、结构面剪切法向应力σ_n以及结构面壁强度JCS。.3.分析了结构面在震动力作用下可能存在的各种状态，并且提出结构面能够发生剪切弱化的基本条件。以震动力因子振幅A和频率f为参考，分别提出了结构面发生震动弱化的临界频率fc以及临界振幅Ac。.4.无充填结构面在震动力的作用下，其表面损伤系数、磨损厚度、形态参数随着震动循环的增加呈现明显弱化现象，结构面上盘弱化程度大于结构面下盘。无充填型结构面在震动过程中的弱化主要由水平向弱化和垂直向弱化共同组成，震动频率及振幅主要控制结构面水平向弱化，而粗糙度系数、结构面壁强度主要控制结构面垂直向弱化。.5.结构面初始粗糙度系数、结构面壁强度、结构面震动法向荷载以及震动频率和振幅对于无充填型结构面各项参数震动弱化具有较大的影响。随着震动频率、震动振幅、结构面初始粗糙系数、结构面壁强度以及震动法向应力的增加，结构面峰值抗剪强度、残余抗剪强度以及剪切膨胀位移持续衰减、而峰值剪切位移有不断增加的趋势。.6.对于含充填物结构面，含充填物结构面随着震动荷载的持续增加，其峰值剪切强度和残余强度呈现不同程度的衰减趋势，而峰值剪切位移有持续增加的现象；随着震动频率、震动振幅的增加，结构面强度弱化有进一步增加的迹象，而充填物厚度及充填物强度的减小，也进一步增加了结构面震动弱化的强度。.7.基于各项结构面震动弱化试验，分别建立了无震动荷载作用下结构面剪切弱化模型、无充填型结构面震动弱化模型以及含充填物结构面震动弱化模型。该系列模型的建立，将会有助于我们掌握结构面在不同影响因子下结构面形态参数以及力学参数