倾倒型危岩体空间振动特征及损伤识别

摘要

目前，基于动力学指标反映危岩体损伤的研究多集中于分析危岩体单方向振动特征，当无法判断结构面演化方向或演化方向为多方向时，难以准确识别危岩体损伤。为探究危岩体损伤演化过程的空间3维振动特征，得到可反映危岩体空间3维损伤演化过程的高敏感性指标，本文将危岩体视为3维实体，通过数值模拟分析了倾倒型危岩体振型特征，并基于弹簧–质子摆振模型推导了危岩体水平向摆振和竖向摆振的振幅和固有频率的计算公式。结果表明：危岩体不同振型对其损伤的敏感性与结构面演化方向有关。单向动力学指标敏感性由该方向主振型决定，因此指标敏感性受结构面演化方向控制。监测方向与结构面法向或结构面演化方向一致时，指标敏感性最高；监测方向为结构面演化方向垂向时，动力学指标敏感性最差。将粒子轨迹应用于危岩体损伤识别，以3维向量表示危岩体振动过程中的空间位置，定义了粒子轨迹时域动力学指标算法。通过设计崩塌相似模型试验，人工切割加深后缘裂隙模拟危岩体结构面损伤演化过程，分析了危岩体演化过程中单向时频动力学指标和粒子轨迹时域动力学指标的变化规律；试验发现：与结构面损伤演化有强相关性的单向动力学指标（振幅标准差、峭度、主频）对危岩体损伤敏感性具有方向差异，各指标不同方向敏感性最高相差2.50～23.79倍；粒子轨迹动力学指标对危岩体结构面不同方向演化时的损伤均具有较高敏感性。

关键词

崩塌 / 倾倒型危岩体 / 损伤识别 / 空间振动特征 / 动力学指标