土质滑坡断裂破坏机制研究

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土质滑坡是一种全球性的地质灾害之一,具有随机性、突发性和瞬时性等特征。目前,关于土质滑坡断裂破坏机制的研究较少,大多数研究集中于土体Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧度的试验研究和试验装置改进研究。针对土质滑坡的断裂破坏机制,本文通过断裂力学理论和数值模拟相结合的方法进行了研究。  文中通过断裂力学理论推导了土质滑坡裂纹尖端的Ⅰ-Ⅱ型复合应力强度因子并预测了裂纹扩展方向,最后通过数值模拟验证了理论的正确性。首先,采用条分法建立了土质滑坡断裂破坏模型,以土质滑坡裂纹尖端的微元体作为研究对象,通过对土质滑坡裂纹尖端的微元体进行受力分析,提出了土质滑坡裂纹的Ⅰ-Ⅱ型复合应力强度因子的算法;根据最大周向应力理论,提出了土质滑坡裂纹的断裂角的计算公式;运用ANSYS有限元软件通过改变裂纹长度和应力状态,分别对Ⅰ型和Ⅱ型的裂纹进行数值模拟,将数值模拟结果与理论结果进行对比,研究发现ANSYS有限元软件对于求解Ⅰ型和Ⅱ型裂纹的应力强度因子精度较高;最终,通过工程算例验证了本文Ⅰ-Ⅱ型复合应力强度因子及断裂角算法的合理性。  由于理论计算值和数值模拟值吻合较好,且ANSYS有限元软件已是公认的商用软件,证明了本文中滑坡断裂力学模型理论解是比较科学的。首次将建立在微观层面的断裂力学用于分析宏观层面的滑坡破坏问题,本文所提出的土质滑坡裂纹尖端的Ⅰ-Ⅱ型复合强度因子和断裂角的算法对于土质滑坡破坏机制认知水平具有一定的提升,对于进一步研究土质滑坡断裂破坏机制具有积极意义。
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