微震频发对三峡库区岩质边坡动力疲劳损伤机理及稳定性研究

The seismic energy of Three Gorges Reservoir Region is released in the form of high-frequency and low strength by existing monitoring research. Combined with large geological disasters, the occurrence of the earthquake-induced landslide hazard causes widespread concern. However, studies have primarily focused on the critical unstable state of landslides and status of strong strength earthquake and paid little attention to the impact of the long-term stability of the slope of microseism. Multi - discipline knowledge of rock mechanics, engineering geology, engineering seismology, damage mechanics, nonlinear dynamics are applied to the article. According to the actual situation, this paper mainly discusses dynamic fatigue damage mechanism of typical rock slope under the action of frequent microseism and long-term stability of the slope, self-organizing process and mutation instability of slope slip surface, nonlinear dynamical characteristics system and the dynamical behavior of the rock slope stability and so on. Meanwhile, rock mass dynamic model is established. And analysis of structural plane angle of rock slope in recurrent microseism under the action of the influence law of dynamic damage and determination method of rock slope safety factor are discussed. In addition, a risk model is established and the long-term stability of the rock slope under frequent microseism is assessed. As a result, it provides a theoretical basis for the long-term safety of the rock slope of the Three Gorges Reservoir Region.

已有监测研究表明，三峡库区的地震能量大多是以高频度低强度的形式释放的，加之库区地质灾害众多，地震次生滑坡灾害的发生引起了人们的广泛关注，而已有研究重点主要放在滑体处于临界失稳状态和地震强度较大的情况，而对微震对边坡长期稳定性的影响却关注很少。本课题综合岩石力学、工程地质、工程地震学、损伤力学、非线性动力学等多门学科知识，结合三峡库区边坡实际情况，采用相似物理模拟、数值模拟和理论分析等相结合的方法，重点探讨频发微震作用下典型岩质边坡的动力疲劳损伤机理和边坡的长期稳定性、边坡滑面形成的自组织过程和突变失稳机理、边坡岩体稳定性系统的非线性动力学特征和动力学行为等，建立边坡岩体动力学模型，分析结构面倾角对岩质边坡在频发微震作用下的动力损伤的影响规律，探讨频发微震作用下岩质边坡安全系数确定方法，建立风险模型，对岩质边坡在频发微震作用下的长期稳定性做出评估，为三峡库区岩质边坡长期安全治理提供理论依据。

已有监测表明，三峡水库在每次蓄水后均能监测到不同能级的地震发生，且地震能量大多以高频度低强度的形式释放，这种次数多、震级小的地震对库区边坡的稳定性是否会造成影响，以及影响的程度有多大，将成为库区地质灾害防治需要面临的新问题。已有研究重点主要放在滑体处于临界失稳状态和地震强度较大的情况，而很少关注频发微震对边坡稳定性的影响。综合岩石力学、工程地质、工程地震等学科知识，以库区稳定性相对较差的顺层岩质边坡为研究对象，对岩体结构面在峰前循环加载下的宏细观累积损伤特性及强度劣化模型、边坡岩体在频发微震下的累积损伤演化机理及累积损伤模型、边坡在反复微震作用下的稳定性及其影响因素等进行了较为系统深入的研究，主要研究内容和成果如下：.1、基于节理发生的爬坡、爬坡-啃断、啃断三种典型变形模式，分析了循环加载次数、加载速率及加载幅值对节理损伤特性及剪切强度的影响。证明了峰前循环加载会对岩石节理产生“接触效应”和“损伤效应”是造成节理抗剪强度变化的根本原因；.2、从细观角度研究了峰前循环加载阶段岩石节理的累积损伤演化特征。得到了节理起伏体上疲劳裂纹的扩展贯通具有累积后突变的演变特征；.3、构建了考虑起伏角磨损退化的节理强度模型，并建立了考虑结构面累积损伤的边坡动力稳定性数值计算流程；.4、针对顺层岩质边坡的动力累积损伤问题，设计了一套完整的相似物理模型振动台试验流程。获得了典型边坡岩体在微小地震作用阶段和强震作用阶段的非线性疲劳累积损伤模型； .5、通过振动台试验，研究了典型坡体的动力响应特征及各损伤阶段动力响应的变化，得到了典型坡体在反复地震作用下的滑面形成过程及失稳模式；.6、通过UDEC离散元方法建立数值边坡模型，分析了边坡在频发微震作用下的变形发展特征及稳定性变化规律，并对其稳定性影响因素进行分析。