·1382 工程科学学报，第41卷，第11期 岩体结构损伤劣化机理研究 效致灾规律 选取我国西部典型高寒金属矿露天边坡，对 (4)研究多场多相耦合条件下节理岩体损伤 现场工程地质、开挖扰动因素、构造形迹、细观结 劣化机理 构等进行调查并取样，开展不同应力路径下冻融 目前我国对于冻土工程的研究较为深入广 岩石的单轴压缩以及三轴卸围压试验，获取边坡 泛，而风化土石料、黄土及尾矿等散体材料，尤其 地质体材料的冻融参数以及抗压强度（单轴和三 是矿山边坡近地表土石混合料受冻融循环作用的 轴)、弹性模量（动态和静态）、泊松比等力学参 劣化特性目前研究仍然不够深入，而这些散体结 数，采用声发射及压后CT扫描等手段进行观测分 构孔隙、裂隙较多，构成了有岩-水-冰-气等多相 析，研究不同加载频率、不同加载幅值、低围压下 组分耦合而成多孔介质结构.因此，需要考虑岩体 高寒岩体结构损伤劣化机制，研究不同冻结温度、 裂隙储水空间、补水通道、冻融范围等因素，构建 冻融循环次数、风化侵蚀条件下结构面物理性状 高海拔寒区裂隙岩体在温度场、渗流场、应力场 损伤劣化特征，揭示结构面冻胀过程中的应变响 及化学场等多场扰动条件下流-固-气多相耦合损 应机制，建立不同环境因素下结构面损伤劣化与 伤演化模型，分析孔隙水的相变过程中温度场及 冻融循环的关系.从宏、细观两方面分析冻融扰 水冰含量的相对变化，探究节理岩体冻融过程中 动岩体结构损伤劣化机制并寻求其宏、细观关联 未冻水的迁移及冻胀力的变化规律，基于连续- 特征规律 离散方法的先进数值仿真技术构建表征裂隙岩体 (2)开展爆破采动条件下高海拔寒区岩质边 边坡真实结构的工程地质力学模型，再现开采扰 坡结构面致遗机制及边坡失稳破坏研究 动作用下边坡局部开裂、破裂损伤、裂纹扩展到 研究冻融循环条件下岩体边坡结构面在开采 滑面贯通的全过程，揭示多场多相耦合条件下高 扰动下力学性能损伤劣化时效特征，提出冻融循 海拔寒区裂隙岩体损伤与灾变机理 环条件下的抗剪强度经验公式和本构方程.通过 (5)开展高海拔矿山边坡抗寒多参量实时安 现场大量监测并采用多组数据回归获得爆破振动 全监测及失稳预警技术研究 波形数据、岩体结构力学参数、结构面分布特征 高海拔地区低温、低气压使一些监测和预警 等资料，研发可以模拟不同爆破荷载大小、不同爆 设备精度降低、寿命缩短甚至失灵，应研发具备自 破方向、不同爆破荷载加载方式的爆破振动试验 发电、全天时、全天候的拖车式边坡合成孔径雷 台，采用相似原理设计并制作符合工程实际边坡 达工作站，实现对边坡进行大范围、高精度、长距 岩体复杂结构模型，进行爆破振动台模拟试验，全 离的实时监测，自动获取边坡表面位移数据，研发 面模拟爆破振动效应，研究高寒边坡岩体结构面 以拖车式边坡合成孔径雷达为主要监测手段的抗 裂隙产生、扩展与贯通规律以及爆破采动作用下 寒多参量实时监测系统，开发一套适用于高海拔 的岩体结构劣化变异特性，提出高寒岩体爆破采 寒区露天矿山边坡的综合实时监测预警系统，研 动作用下的边坡稳定性评判标准，为评价高寒岩 究多源信息耦合的边坡地质评价模型，提出冻融 体结构在爆破采动作用下的边坡稳定性提供科学 循环岩体破裂度指标判定准则，研究冻融滑坡的 依据 分级预警技术，建立一整套高寒地区滑坡前兆识 (3)开展地震荷载作用下高海拔寒区节理岩 别、预警与险情解危体系，建立高寒边坡三维时空 质边坡地震动力响应及致灾规律研究 预警模型，形成一套高海拔高寒地区节理边坡结 研发能够模拟真实冻融环境并能够准确监测 构特征识别、前兆信息获取与预警一体的边坡失 大变形的振动模拟试验台，以高海拔高寒地区典 稳预警技术 型露天矿山岩质边坡为研究对象，构建具有实际 3结论 矿山复杂节理体系的边坡模型，开展不同振幅、不 同震源及不同持续时间的边坡振动台模拟试验， (1)本文对高海拔寒区岩质边坡变形和破坏 基于高寒边坡模型破坏过程中采集到的加速度和 的室内试验、相似模拟、数值模拟、原位监测以及 位移数据，分析边坡地形、地质和震源参数在地震 失稳机理五个方面做了大量的文献调研，通过对 荷载作用下的响应特征，研究地震荷载作用下结 研究现状的全面梳理和总结，分析当下研究成果 构面与岩体结构三维运动的差异性，揭示高寒边 的不足之处 坡地震动力响应及节理裂隙产生、发展及贯通时 (2)针对高海拔高寒地区金属露天矿山开采岩体结构损伤劣化机理研究. 选取我国西部典型高寒金属矿露天边坡，对 现场工程地质、开挖扰动因素、构造形迹、细观结 构等进行调查并取样，开展不同应力路径下冻融 岩石的单轴压缩以及三轴卸围压试验，获取边坡 地质体材料的冻融参数以及抗压强度（单轴和三 轴）、弹性模量（动态和静态）、泊松比等力学参 数，采用声发射及压后 CT 扫描等手段进行观测分 析，研究不同加载频率、不同加载幅值、低围压下 高寒岩体结构损伤劣化机制，研究不同冻结温度、 冻融循环次数、风化侵蚀条件下结构面物理性状 损伤劣化特征，揭示结构面冻胀过程中的应变响 应机制，建立不同环境因素下结构面损伤劣化与 冻融循环的关系. 从宏、细观两方面分析冻融扰 动岩体结构损伤劣化机制并寻求其宏、细观关联 特征规律. （2）开展爆破采动条件下高海拔寒区岩质边 坡结构面致溃机制及边坡失稳破坏研究. 研究冻融循环条件下岩体边坡结构面在开采 扰动下力学性能损伤劣化时效特征，提出冻融循 环条件下的抗剪强度经验公式和本构方程. 通过 现场大量监测并采用多组数据回归获得爆破振动 波形数据、岩体结构力学参数、结构面分布特征 等资料，研发可以模拟不同爆破荷载大小、不同爆 破方向、不同爆破荷载加载方式的爆破振动试验 台，采用相似原理设计并制作符合工程实际边坡 岩体复杂结构模型，进行爆破振动台模拟试验，全 面模拟爆破振动效应，研究高寒边坡岩体结构面 裂隙产生、扩展与贯通规律以及爆破采动作用下 的岩体结构劣化变异特性，提出高寒岩体爆破采 动作用下的边坡稳定性评判标准，为评价高寒岩 体结构在爆破采动作用下的边坡稳定性提供科学 依据. （3）开展地震荷载作用下高海拔寒区节理岩 质边坡地震动力响应及致灾规律研究. 研发能够模拟真实冻融环境并能够准确监测 大变形的振动模拟试验台，以高海拔高寒地区典 型露天矿山岩质边坡为研究对象，构建具有实际 矿山复杂节理体系的边坡模型，开展不同振幅、不 同震源及不同持续时间的边坡振动台模拟试验， 基于高寒边坡模型破坏过程中采集到的加速度和 位移数据，分析边坡地形、地质和震源参数在地震 荷载作用下的响应特征，研究地震荷载作用下结 构面与岩体结构三维运动的差异性，揭示高寒边 坡地震动力响应及节理裂隙产生、发展及贯通时 效致灾规律. （4）研究多场多相耦合条件下节理岩体损伤 劣化机理. 目前我国对于冻土工程的研究较为深入广 泛，而风化土石料、黄土及尾矿等散体材料，尤其 是矿山边坡近地表土石混合料受冻融循环作用的 劣化特性目前研究仍然不够深入，而这些散体结 构孔隙、裂隙较多，构成了有岩−水−冰−气等多相 组分耦合而成多孔介质结构. 因此，需要考虑岩体 裂隙储水空间、补水通道、冻融范围等因素，构建 高海拔寒区裂隙岩体在温度场、渗流场、应力场 及化学场等多场扰动条件下流−固−气多相耦合损 伤演化模型，分析孔隙水的相变过程中温度场及 水冰含量的相对变化，探究节理岩体冻融过程中 未冻水的迁移及冻胀力的变化规律，基于连续− 离散方法的先进数值仿真技术构建表征裂隙岩体 边坡真实结构的工程地质力学模型，再现开采扰 动作用下边坡局部开裂、破裂损伤、裂纹扩展到 滑面贯通的全过程，揭示多场多相耦合条件下高 海拔寒区裂隙岩体损伤与灾变机理. （5）开展高海拔矿山边坡抗寒多参量实时安 全监测及失稳预警技术研究. 高海拔地区低温、低气压使一些监测和预警 设备精度降低、寿命缩短甚至失灵，应研发具备自 发电、全天时、全天候的拖车式边坡合成孔径雷 达工作站，实现对边坡进行大范围、高精度、长距 离的实时监测，自动获取边坡表面位移数据，研发 以拖车式边坡合成孔径雷达为主要监测手段的抗 寒多参量实时监测系统，开发一套适用于高海拔 寒区露天矿山边坡的综合实时监测预警系统，研 究多源信息耦合的边坡地质评价模型，提出冻融 循环岩体破裂度指标判定准则，研究冻融滑坡的 分级预警技术，建立一整套高寒地区滑坡前兆识 别、预警与险情解危体系，建立高寒边坡三维时空 预警模型，形成一套高海拔高寒地区节理边坡结 构特征识别、前兆信息获取与预警一体的边坡失 稳预警技术. 3    结论 （1）本文对高海拔寒区岩质边坡变形和破坏 的室内试验、相似模拟、数值模拟、原位监测以及 失稳机理五个方面做了大量的文献调研，通过对 研究现状的全面梳理和总结，分析当下研究成果 的不足之处. （2）针对高海拔高寒地区金属露天矿山开采 · 1382 · 工程科学学报，第 41 卷，第 11 期