1、Safety risk assessment of highwayslope construction based onmultidimensional contact cloud modelCHEN Zhao1,SUN Jingnan2,ZHOU Zilong2,SHI Zhihai1(1 Guangxi Beitou Highway Construction and Investment GroupCo.,Ltd.,Nanning 530029,China;2 School of Resources andSafetyEngineering,CentralSouthUniversity,C
2、hangsha410083,China)Abstract:To better avoid the losses caused by highway slopeconstructionaccidentsinmountainousareasandobtainhierarchical management and effective prevention and control ofrisks during slope construction,the safety risk assessment indexsystem and risk level standard of highway slop
3、e construction inmountainous areas are established according to the actual riskidentification of a highway slope construction in Guangxi Provinceand the current risk assessment index of slope construction.Firstly,the subjective and objective weights of each slopeconstruction risk assessment index ar
4、e respectively determined bythe G1 method and the improved CRITIC(Criteria ImportanceThough Intercrieria Correlation)method and then optimized byusing the game theory to obtain the optimal weight of each riskassessment index.Secondly,by adopting the same differentopposite principle of set pair analy
5、sis and the 3Encriterion of thecloudmodel,thecloudconnectiondegreeofthemultidimensional cloud model is improved.A multidimensionalconnectioncloudmodelthatcantakeintoaccounttheuncertainty,randomness,and fuzziness of evaluation indexesandreflectinteractionsbetweenevaluationindexesisestablished.Finally
6、,the established model is applied to theconstructionsafetyriskassessmentofsixhighwayslopeconstruction cases in Guangxi Province,and the construction risklevels of six slopes are determined.Meanwhile,the determinedconstruction risk level of each slope is compared to the evaluationresults based on the
7、 multidimensional cloud model,set paircloud model,cloud model,set pair analysis method,and indexsystem method.Results indicate that the multi-dimensionalconnection cloud model not only ensures the consistency ofevaluation results but also realizes the determination of slopesafety risk transformation
8、 trends in the construction process.Therefore,the established safety risk assessment index systemand risklevelstandardofhighwayslopeconstructioninmountainous areas are effective and reliable,which is moreconducive to risk management and effective prevention andcontrol of slope construction.Keywords:
9、safetyengineering;riskassessment;slopeconstruction;set pair analysis;multi-dimensionalcontact cloud文章编号:1009-6094(2023)06-1800-07不同应力条件下裂隙岩体广义流变特性及稳定性研究王 峰(中铁二十三局集团第六工程有限公司,重庆 401121)摘 要:裂隙岩体开挖后形成扰动区,随着时间的延长,应力和应变同时变化的这种流变现象确实存在,在刚性支护后,随着时间的延长,强度会恢复,且在强度恢复过程中应力和应变又同时变化,这种流变现象用一般的蠕变和应力松弛很难解释清楚,通过广义流变
10、来研究不良地质裂隙岩体的稳定性和长期强度非常重要。首先,对广义流变特征、力学机制进行了总结分析,将隧道开挖扰动区分为开挖破碎区(Excavation Fracture Zone,EFZ)、开 挖 损 伤 区(ExcavationDamaged Zone,EDZ)和原岩弹性区(Inner Elastic Zone,IEZ),将峰后卸荷损伤区(Unloading Damage Zone,UDZ)和塑性流变区(Plastic Disturbed Zone,PDZ)合并为广义流变损伤区(Generalized Relaxation Disturbed Zone,GRDZ),重点探讨了不同裂隙岩体开挖扰
11、动区岩石广义流变的工程物理意义;然后,开展了不同条件下的广义流变试验,得到裂隙岩体开挖扰动区岩石的广义流变特性;对比分析了单轴压缩、单轴拉伸和三轴压缩条件下广义流变特征的相似性和差异性,得到广义流变等时线近似于全应力 应变曲线向内的收缩线;最后,建立了可变模量本构方程,得到蠕变破坏寿命公式,根据广义流变曲线和开挖扰动区围岩应力、应变曲线的关系可知,流变破坏主要发生在广义流变区域的 I 区和 II 区的上半部分。此成果对分析裂隙岩体围岩稳定性、预测不良地质公路隧道工程寿命等具有应用价值。关键词:安全工程;广义流变;围压效应;等时线;工程意义中图分类号:X43 文献标志码:ADOI:10.1363
12、7/j.issn.1009-6094.2022.0616收稿日期:20220411作者简介:王峰,高级工程师,从事隧道 工 程 研 究,1097730807 。0 引 言近年来,我国公路地质灾害不断增加,不良地质边坡引发的地质灾害数量和比例不断上升,不良地质边坡治理已经成为我国高速公路基础设施建设、运营期间的关键科学问题之一1 3。1992 年,Fukui 等4首次提出了广义流变概念,即随着时间的延长,应力和应变同时发生变化,表现出时间依存性,此后广义流变理论为研究岩体渐进破坏等提供了新的思路。国内关于广义流变方面的0081第 23 卷第 6 期2023 年 6 月 安全 与 环 境 学 报J
13、ournal of Safety and Environment Vol.23 No.6Jun.,2023研究成果很少,2017 年,张海龙等5全面系统地介绍了单轴压缩荷载下广义流变的工程物理意义,并用基于 Maxwell 模型的可变模量本构方程对河津凝灰岩广义流变试验进行了数值模拟,计算结果与试验结果一致性较好6。广义流变试验需要能够长期准确控制应力和变形的以应力规还法控制的伺服试验机来实现。将应力和应变信号通过加算和减算实现两个信号的线性组合,并将组合信号作为控制信号反馈给伺服阀,实现应力归还控制7 8。张海龙等9用变阻器技术实现了应力归还控制,并对 I 类II 类岩石执行了荷载速率依存性
14、试验10,获得 II 类岩石峰后完整的应力 应变曲线。在不良地质裂隙岩体中,岩体既不是纯蠕变,也不是纯应力松弛,而是随着时间的延长应力和应变同时发生变化,表现为广义流变特征,并容易导致不良地质公路隧道、斜坡等发生破坏,这种广义流变现象用纯蠕变和纯应力松弛很难解释清楚,它是岩石力学领域面临的一个挑战性难题4,11。这种广义流变现象,具有渐进破坏特性,符合广义流变特征,用广义流变来研究不良地质裂隙岩体稳定性,对研究山区城市的地质灾害、预测岩体破坏寿命等有重要的意义和应用价值。胡斌等12基于传统流变本构模型,提出流变损伤演化方程,建立了一种能够同时描述软弱夹层 3个阶段的非线性流变损伤本构 模 型(
15、NonlinearRheological Damage Constitutive Model,NRDM)。本文借鉴此非线性流变模型,引入广义流变理论,开展不同条件下的广义流变试验,得到不同条件下广义流变的相似性和差异性,探寻复杂条件下岩体广义流变工程意义,研究裂隙岩体开挖扰动区围岩稳定性。1 岩体广义流变工程意义1.1 广义流变理论广义流变试验是通过应力归还法来实现的,应力归还控制式见(1)5 9。-/E=Ct=f(t)(1)式中 为应变,为应力,f(t)为时间的函数,C为从原点加载速率,t 为时间,为应力归还量,E 为弹性模量。对式(1)进行无量纲处理,得到式(2)。=(2)式(2)为式(1
16、)的增量形式,对式(1)进行转换,得到控制式(3)。C=-/E (3a)C=/E =(3b)式中和 是应变速率和应力速率。当 =0 时,是恒定应变速率控制;当 =时,是恒定应力速率控制;当 =、0 时,是应力归还控制。广义流变理论及实现形式如图 1 所示8,从原点开始以速率 C 进行加载,经过 ti时间后到达 A 点(此点称为广义流变启动点)后停止加载,从启动点 A 开始执行广义流变试验4 6,13 14。当 =时,从 A 点开始执行蠕变试验;当=0 时,从 A 点开始执行应力松弛试验;当 1 时,从 A 点开始执行 AC 方向的流变试验;当 0 时,从 A 点开始执行 AB 方向的流变试验;当 0 1时,从 A 点开始执行 AD 方向的流变试验;当 =1时,是峰前全应力 应变方向。从而可知,蠕变和应力松弛是广义流变的特殊形式,裂隙岩体中,随着时间的延长,岩体从启动点开始,沿不同的方向系数 表现流变特征。图 1 广义流变概略图Fig.1 Schematic diagram of generalized rheology1.2 隧道开挖扰动区围岩广义流变特征裂隙岩体开挖后,随着时间的延长
