贯通型岩质滑面的微观接触摩擦特性研究

Due to lack of study on the internal mechanical mechanism, the rock landslide which usually causes serious damage is hard to control effectively until now. Actually, no matter what the induced factor and failure mode is, its stability state and sliding characteristics only depend on the micro friction of transfixion sliding surface. Hence, relied on the Zhang Jiashan landslide in Cha Ping township of An county, from microscopic view of modern tribology theory, and by comprehensive means of model test, theoretical analysis and numerical calculation, the contact friction model among asperities of sliding face will be build according to the Contact Mechanics, Plastoelasticity and with scientific representation of profile. Furthermore, the dynamic evolution of sliding contact friction and the micro mechanical mechanism of slope failure on sliding face will also be studied clearly. Eventually, the whole failure process of rock slope could be simulated and the micro friction property of sliding surface will be illustrated, which will benefit and provide theory reference for landslide control.

岩质滑坡规模大、滑速快、突发性强、危害巨大，但因相关研究无法定量解析其内在力学条件和过程而难以防治。实际上，不论岩质滑坡的诱发因子及失稳模式为何，其稳定状态及滑动特征最根本上仍取决于贯通后多微凸体滑面的接触-摩擦特性。为此，项目以安县茶坪乡张家山滑坡为依托，借助现代摩擦学理论，从微观角度入手，在科学表征滑面轮廓粗糙度的前提下，结合岩石力学、弹塑性力学、接触力学知识，并综合模型试验、理论分析、数值计算等手段，来对岩质滑坡失稳-滑动过程中贯通滑面的微观接触摩擦特性进行研究，构建滑面微凸体的接触-摩擦模型，解析滑面滑动摩擦的动力演化规律，阐明坡体失稳-滑动的滑面微观摩擦条件和过程，实现对岩质滑坡失稳-滑动的过程模拟，为岩质滑坡的防治提供新的理论参考。

岩质滑坡滑面是个包含大量微凸体的粗糙面，解析岩质滑坡启动过程中滑面的微观力学机理对正确认识岩质滑坡形成和防治机理至关重要。为此，项目在完成对滑面试件轮廓分析的基础上，实现了对岩质滑面粗糙度轮廓的表征和再生成。继而以弹塑性理论为基础，结合模型试验数据，建立了塑性强(弱)化颗粒的接触变形和剪切摩擦模型，探讨了微观高应力状态下岩质滑面的接触和摩擦机理，分析了其微观启动过程和条件，并从宏观上阐述岩质滑坡启动的时空过程，实现对岩质滑坡微观启动的仿真。具体成果包括： .1. 研究了岩质滑面上微凸体的空间分布，建立了滑面轮廓粗糙度表征的分形手段。项目在前人研究成果的基础上，结合滑面轮廓的实际特征，确定了科学表征岩质滑面粗糙度的方法，继而对滑面试件轮廓进行了分形分析，计算了分形维数，并基于W-M函数实现滑面轮廓的再生，为滑面粗糙度轮廓数据的数理化提供了手段，实现了对岩质滑面轮廓的反演构造，为分析滑面的接触和摩擦提供了可靠的理论依据。.2. 构建了单微凸体及多微凸体滑面的接触变形模型。项目首先试验分析了岩质微凸体的接触变形特征，继而在合理引入强(弱)化因子的前提下，建立了线性强化(软化)弹塑性接触模型，从而实现对滑面不同接触程度颗粒的全过程分析。最后通过对比分析确定了以W-M函数为基础的M-B分形接触模型在描述粗糙面接触变形机理上的合理性与不足，并以单微凸体的弹塑性强化(弱化)接触模型为基础，对其进行塑性强(弱)化修正，成功的解决了M-B模型缺乏材料弹塑性变形过程模型的问题，最终实现了对多微凸体岩质滑面法向接触变形机理的解析。.3.构建了单微凸体及多微凸体粗糙滑面的接触摩擦模型。在对比分析已有理论基础上，针对Fujimoto微观位移特征模型存在的问题进行符合岩质微粒接触的塑性强化(弱化)模型修正，得出岩质滑面微观颗粒间接触摩擦的切向位移理论，并分析了单微凸体的接触摩擦机理和力学条件。继而基于单个微凸体的弹塑性微观切向位移理论，借助基于M-B函数修正的弹塑性接触变形模型，解析了切向荷载下由多微凸体组成的岩质滑面的接触摩擦理论，阐明了接触摩擦来源，给出了计算接触摩擦的方法。.4. 完成了单微凸体及多微凸体粗糙滑面的接触摩擦模拟，实现了大型岩质滑坡微观启动过程的仿真；并在研究岩质滑坡的启动过程的时空效应的基础上，解析了各阶段的启动机理和条件，从而实现了多尺度条件下摩擦机理的统一。