多发矿震作用下边坡累积损伤演化规律研究

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抚顺地区的矿震次数多达数万次,矿震灾害会造成地表建筑震动甚至损坏,严重威胁矿区人民群众的生命财产安全,导致矿震灾害由采矿安全问题演化为公共安全问题。因此在研究抚顺西露天矿的边坡变形破坏规律时,不仅要研究单次强地震造成的滑坡灾害,更重要的是研究多次低强度矿震对边坡的造成的结构弱化和累积损伤。论文针对多发矿震作用下的边坡累积损伤问题,以抚顺西露天矿南帮边坡为研究对象,结合西露天矿区现场地质勘查、资料分析及调研,采用连续-非连续(CDEM)方法进行矿震作用下顺层岩质边坡变形破坏的数值模拟分析,研究地震作用下边坡的动力响应及多发矿震作用下抚顺西露天矿南帮边坡的变形破坏规律,将累积损伤理论与数值模拟方法相结合,研究矿震作用下边坡的累积损伤。论文主要研究成果及结论如下:(1)通过拉应力和切应力定义单元体内部的损伤,根据摩尔-库仑准则推导出单元体内部的弹塑性损伤本构关系;通过应变强度分布模型定义界面弹簧单元的损伤变量,同时推导出描述岩体渐进破裂过程的损伤本构关系。(2)将地震作用下基岩内部加速度过程划分为四个阶段:静力加载阶段、地震初始阶段、地震叠加阶段、地震终止阶段;将危岩内部加速度过程划分为三个阶段:静力加载阶段、地震阶段、地震终止阶段。将边坡内部时程加速度过程划分阶段可有效的区分边坡内部点加速度的变化,可以明显看出边坡内部点加速度随着地震加载的变化规律。(3)地震动幅值代表地震的强度,边坡坡体表面的位移与地震动幅值呈线性关系,地震动幅值越大,边坡表面位移越大;当保持坡体响应加速度幅值一致时,输入地震动频率与边坡位移呈反比例关系;地震动的持续时间对边坡变形有着较大影响,边坡变形随着地震时间的增加而增大,随着地震的持续,边坡内部能量持续增大,内部损伤逐渐累积,最终导致边坡失稳破坏。(4)在分析边坡的损伤时,单元损伤破坏形式分为拉损伤破坏和压剪损伤破坏,损伤破坏状态分为当前破坏和过去破坏,单元一旦发生损伤破坏就不会恢复至原来的状态,大部分单元都是拉损伤和压剪损伤破坏同时存在。(5)通过边坡单元损伤破坏总面积占比定义边坡的累积损伤,同时绘制累积损伤曲线,能较好地表示出抚顺西露天矿南帮边坡在矿震作用下的累积损伤过程,同时定义边坡破坏判据,为边坡的变形破坏研究提供参考。论文有图105幅,表8个,参考文献72篇。
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