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动荷载下边坡疲劳损伤劣化及其稳定性

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作者简文彬

出版社中国科技出版传媒股份有限公司

ISBN9787030675491

出版时间2021-11

装帧平装

开本其他

定价118元

货号11510913

上书时间2024-07-02

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品相描述：全新
商品描述
目录
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 疲劳理论研究的发展过程 2
1.2.1 极限理论阶段 2
1.2.2 过程理论阶段 3
1.3 循环荷载下岩石类材料疲劳损伤理论研究进展 4
1.3.1 损伤变量的研究 4
1.3.2 疲劳损伤模型的研究 5
1.3.3 岩石疲劳损伤室内试验研究 7
1.3.4 结构面强度劣化规律研究 9
1.4 循环荷载下岩土边坡动力响应研究 10
1.5  小结 11
参考文献 11
第2章 疲劳损伤理论基础与边坡疲劳寿命分析方法 17
2.1 疲劳的基本概念 17
2.1.1 疲劳的定义与分类 17
2.1.2 应力谱与其基本参量 18
2.1.3 S-N曲线 19
2.2 疲劳破坏的力学理论 19
2.2.1 连续介质损伤力学理论 21
2.2.2 疲劳累积损伤理论 26
2.2.3  疲劳裂纹扩展理论 30
2.3 疲劳寿命的估算 31
2.3.1 名义应力法 31
2.3.2 局部应力-应变法 32
2.3.3  损伤容限设计 33
2.4 边坡疲劳寿命分析方法 33
2.4.1 结构疲劳分析方法的选择 33
2.4.2 边坡疲劳荷载的特性 34
2.4.3 边坡疲劳寿命估算方法的确定 34
2.5 小结 36
参考文献 36
第3章 岩石疲劳损伤及其劣化试验 37
3.1 完整岩石等幅与变幅抗压疲劳试验 37
3.1.1 试验概况 37
3.1.2 试验结果与分析 41
3.1.3 疲劳特性的影响因素试验研究 48
3.2 节理岩体疲劳劣化试验 50
3.2.1 试验基本理论及试验方案设计 50
3.2.2 试样的制备 50
3.2.3 试验系统及试验方案 56
3.2.4 循环荷载下节理岩体劣化试验结果与分析 59
3.2.5 循环荷载下锚杆加固的节理岩体力学特性 68
3.3 循环剪切下岩体结构面疲劳劣化试验 81
3.3.1 结构面循环剪切本构模型试验 81
3.3.2 结构面循环剪切本构关系的推导 87
3.3.3 结构面循环剪切本构模型在离散元中的实现和应用 89
3.4 小结 92
参考文献 93
第4章 岩石疲劳损伤过程的声学特性 94
4.1 循环荷载下完整砂岩疲劳损伤过程的声学特性 94
4.1.1 砂岩疲劳损伤过程中声学参数变化规律分析 94
4.1.2 砂岩疲劳损伤演化规律 99
4.2 砂岩疲劳损伤过程超声波信号的频谱特性分析 102
4.2.1 超声波信号的傅里叶变换 102
4.2.2 超声波信号的小波变换理论 107
4.2.3 砂岩疲劳损伤过程中超声波信号的小波变换 111
4.3 循环荷载下节理岩体声学特性分析 115
4.3.1 节理岩体疲劳损伤过程中时域参数变化规律分析 115
4.3.2 节理岩体疲劳损伤过程中频域参数变化分析 129
4.3.3 典型节理岩体疲劳损伤超声波信号的小波分析 132
4.4 小结 137
参考文献 138
第5章 岩石疲劳累积损伤规律 139
5.1 完整岩石的疲劳累积损伤 139
5.1.1 经典疲劳损伤模型适用性分析 139
5.1.2 基于损伤力学的非线性疲劳累积损伤规律 141
5.1.3 试验拟合分析及疲劳演化模型参数的确定 146
5.1.4 疲劳剩余寿命预测 148
5.2 节理岩体的疲劳损伤 151
5.2.1 模型试样疲劳损伤演化规律 151
5.2.2 非线性三阶段疲劳累积损伤模型 152
5.2.3 模型试样疲劳寿命估算 161
5.3 小结 167
参考文献 167
第6章 列车荷载下边坡响应分析 170
6.1 列车荷载下边坡支挡结构的动力特性 170
6.1.1 锚杆轴向振动特性解析理论 170
6.1.2  弹性介质中考虑剪切变形的抗滑桩弯曲振动特性解析理论 174
6.2 高速列车荷载下节理岩体边坡动力响应分析 181
6.2.1 动力有限元模型的建立 182
6.2.2 计算结果分析 186
6.3 高速列车荷载下节理岩体边坡疲劳劣化分析 197
6.3.1 振动台数值试验的振动荷载与列车荷载的对比 197
6.3.2 振动荷载作用下的边坡模型的劣化 199
6.3.3 振动荷载作用下的边坡稳定性变化规律 204
6.3.4 减少列车荷载引起边坡破坏的措施 205
6.4 小结 206
参考文献 206
第7章 爆破荷载下复杂岩质高边坡动力响应及其稳定性演化规律 208
7.1 爆破荷载下复杂岩质高边坡动力响应数值分析方法 208
7.1.1 边坡动力反应分析基本原理 209
7.1.2 露天采场岩质高边坡动力模型的建立 209
7.1.3 计算结果分析 214
7.2 含优势结构面岩质边坡稳定性演化规律 221
7.2.1 含优势结构面岩质边坡稳定演化分析模型 222
7.2.2 单次动荷载作用下岩质边坡稳定性演化规律 225
7.2.3 多次动荷载作用下岩质边坡稳定性演化规律 228
7.3 小结 233
参考文献 233

内容摘要
第1章绪论

1.1研究背景及意义

随着我国基础设施建设的不断深入和发展，建设区域向山区延伸，在建筑、交通、能源、采矿等领域的建设中出现了大量由人工开挖形成的工程边坡。边坡工程的稳定问题日益突出，也越来越多地受到岩土工作者的重视[1。动荷载是造成岩质和土质边坡失稳的重要原因，其中尤以地震荷载破坏性最大，因此得到了最充分的研究[2.3]。据估计，2008年汶川地震共造成滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害2万多处，给人民的生命财产造成了毁灭性的打击，也引起了学术界的广泛关注[4]。因为地震荷载具有罕遇的特点，所以多数研究人员都只关注边坡在一次地震历时中的性能演化及稳定问题。工程中另一类动荷载却是边坡服役寿命中长期承受的，如交通循环荷载和矿山爆破循环荷载，且这些荷载不是一般的静荷载，而是频率变化、振幅变化且作用历时也在改变的不规则循环动荷载。尽管在一次荷载历时中，这些荷载由于幅值小、衰减快等特点对边坡稳定性的威胁较小。但是，随着荷载作用次数的增加，边坡岩土体将发生疲劳损伤，其力学性质不断劣化，有可能在远低于极限强度的荷载水平上发生失稳。由于循环荷载引发的边坡疲劳失稳已有不少实例[5，6]，成为工程建设中亟待解决的问题；因而，深入研究动荷载作用下岩体的动力特性与其疲劳破坏机理非常有必要。

循环荷载作用下岩石的疲劳破坏是一个动态的过程，在宏观上是一个不可逆变形逐渐发展积累直至失稳破坏的过程；在微观上则是一个微裂纹萌生、扩展和贯通，损伤逐渐加剧的过程[7]。循环动荷载对边坡稳定性的影响主要表现为两个

方面[8]：一是触发效应，如本身处于极限平衡状态的边坡岩体受动荷载作用，下滑力突然增加，进而触发滑坡、崩塌等地质灾害；二是累积效应，如地震中由超孔隙水压力累积而诱发的边坡失稳。随着高速铁路、地铁等大规模工程建设和矿山大规模爆破作业的开展，动荷载反复循环作用，其累积效应开始不断显现并受到重视。岩体是在漫长的地质年代中形成的地质体，在建造及后期改造过程中其内部形成了一系列宏观和微观的缺陷[9-1]。由于这些缺陷的存在，岩体表现出与连续介质迥异的力学性质，难以用基于连续性假设的传统力学观点加以描述。这使得岩体的动力问题变得异常复杂，目前的研究尚不成熟[12-5]。循环荷载下裂缝发育的基本力学特征、高陡边坡开挖损伤、松动及变形渐进发展过程、高陡边坡爆破损伤时空分布特征等问题的研究更多处于探索阶段[16-18]。

因此，研究循环荷载作用下岩石的疲劳损伤特性及其演化规律，充分认识并掌握岩体内部疲劳损伤机理及其宏观力学响应特征，进行岩体疲劳损伤破坏的诊断、建立岩体抗疲劳设计参数，对科学评价动荷载作用下高速公路、铁路岩体地基的长期稳定性及治理具有重要的理论研究意义及工程应用价值；同时有助于全面深入了解岩石的力学性能，丰富岩石材料的本构关系，是一项有意义的基础性研究工作。

1.2疲劳理论研究的发展过程

疲劳是指材料构件和结构在循环荷载的反复作用下性能逐渐劣化以至失稳破坏的过程。疲劳具有普遍性，它是材料构件和结构最主要的破坏形式之一。除了最常见的金属之外，橡胶、木材、混凝土、塑料、陶瓷、岩石及复合材料等都存在疲劳问题。疲劳也具有特殊性，循环荷载作用下发生疲劳破坏的试件其变形规律和破坏特征与常规荷载作用下有很大不同，疲劳失效问题是许多工程领域关系到使用安全性和经济性的重要问题。对于疲劳的研究工作，随着工程实践的发展和理论研究的深入，大体上经历了两个阶段：极限理论阶段和过程理论阶段[19]。

1.2.1极限理论阶段

早期理论采用唯象学描述方法，以宏观试验为基础，主要探讨疲劳寿命和应力应变幅值、范围、平均水平及环境变量之间的关系，为疲劳荷载作用下结构的设计提供基本的理论依据和经验公式。这一系列的理论主要关心的是疲劳破坏时一点的应力-应变状态与外界因素之间的关系，所以称为极限理论。

1896年，德国工程师Wohler在研究火车车轴的疲劳问题过程中提出利用应力幅水平（S）-疲劳寿命（N）曲线描述疲劳行为的方法。现在S-N曲线已经成为研究疲劳问题最基本、最有效的工具之一，被广泛应用于疲劳设计和分析领域。

Suresh[20]提出的考虑平均应力的简单理论和德国工程师Gerber[21]研究的平均应力对疲劳寿命的影响在疲劳的发展历史上都起过重要的作用。

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