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岩土力学
为研究水力压裂在不同致密程度岩样中的压裂效果及其流固耦合作用机理,制作了不同密实度的两种重塑样,利用真密度测试仪、声波测试系统分别测定了两种试样的孔隙比例、声波大小,并结合三轴加载水力压裂监测系统,模拟一定地层压力条件下不同密实度试样的水力压裂试验。分析不同孔隙度下声波试验获得的声波数据得出:试验制得的试样致密程度不同,孔隙大的试样密实度较小,波速大小与试样密实度呈正相关;水力压裂试验中,致密试样的裂缝扩展方向与最大主应力平行。水压曲线变化趋势为:低密实度时,达到峰值压力的时间较峰后段持续时间短,高密实度试样则相反;低密实度试样的破裂压力值低于水力压裂缝内水压曲线的峰值,高密实度试样两压力值相当。结合高、低密实度试样的分析并进行高密实度试样的无围压试验可以得出:较小的流量变化对致密度较大的试样裂缝扩展方向影响较小,说明其渗流作用较弱。应力集中效应在无围压的试样和低密实度试样均表现明显,这说明,水力压裂试验中应力集中现象在低密实度试样中表现明显,这与其渗流作用较强有关,水力压裂渗流作用与注液流量正相关,在低密实度试样表现显著。 为研究水力压裂在不同致密程度岩样中的压裂效果及其流固耦合作用机理,制作了不同密实度的两种重塑样,利用真密度测试仪、声波测试系统分别测定了两种试样的孔隙比例、声波大小,并结合三轴加载水力压裂监测系统,模拟一定地层压力条件下不同密实度试样的水力压裂试验。分析不同孔隙度下声波试验获得的声波数据得出:试验制得的试样致密程度不同,孔隙大的试样密实度较小,波速大小与试样密实度呈正相关;水力压裂试验中,致密试样的裂缝扩展方向与最大主应力平行。水压曲线变化趋势为:低密实度时,达到峰值压力的时间较峰后段持续时间短,高密实度试样则相反;低密实度试样的破裂压力值低于水力压裂缝内水压曲线的峰值,高密实度试样两压力值相当。结合高、低密实度试样的分析并进行高密实度试样的无围压试验可以得出:较小的流量变化对致密度较大的试样裂缝扩展方向影响较小,说明其渗流作用较弱。应力集中效应在无围压的试样和低密实度试样均表现明显,这说明,水力压裂试验中应力集中现象在低密实度试样中表现明显,这与其渗流作用较强有关,水力压裂渗流作用与注液流量正相关,在低密实度试样表现显著。
岩石裂纹闭合应力(σcc)、起裂应力(σci)及损伤应力(σcd)是岩石压缩变形破坏过程中的关键应力阈值,应力阈值的确定对分析岩石宏观力学特性及研究微观裂纹演化规律具有重要意义。本文研究了硅质粉砂岩在单轴压缩条件下应力阈值确定的方法。针对硅质粉砂岩的应力-应变曲线开展不同方法的计算分析,判定不同方法下应力阈值获取的可靠性,并采用一种优化方法获取硅质粉砂岩试样的应力阈值。结果表明,裂隙体积应变法获取闭合应力与起裂应力的求解精度易受泊松比的影响,移动点回归法易受主观因素的干扰,横向应变响应法能减小人为主观误差,但其求解方法未阐释物理意义;采用基于移动点回归技术的裂隙体积应变法减小了岩石泊松比选取对应力阈值获取的干扰,且计算结果物理意义相对明确。 岩石裂纹闭合应力(σcc)、起裂应力(σci)及损伤应力(σcd)是岩石压缩变形破坏过程中的关键应力阈值,应力阈值的确定对分析岩石宏观力学特性及研究微观裂纹演化规律具有重要意义。本文研究了硅质粉砂岩在单轴压缩条件下应力阈值确定的方法。针对硅质粉砂岩的应力-应变曲线开展不同方法的计算分析,判定不同方法下应力阈值获取的可靠性,并采用一种优化方法获取硅质粉砂岩试样的应力阈值。结果表明,裂隙体积应变法获取闭合应力与起裂应力的求解精度易受泊松比的影响,移动点回归法易受主观因素的干扰,横向应变响应法能减小人为主观误差,但其求解方法未阐释物理意义;采用基于移动点回归技术的裂隙体积应变法减小了岩石泊松比选取对应力阈值获取的干扰,且计算结果物理意义相对明确。
本文以土-岩接触面滑坡为工程背景,釆用中砂、硅粉、水泥等不同配合比材料,制成不同表面形状、不同抗压强度试件模拟岩石的表面凸起形状及风化程度,进行室内大型叠环单剪试验研究土石混合料与岩石接触面强度特性。结果表明:表面形状不同,土-岩接触面抗剪强度相差很大。表面起伏越大,抗剪强度越高,越接近土石混合料的抗剪强度。锯齿状(h=20 mm)>锯齿状(h=10 mm)>平直面(h=0);同一起伏高度下,土-岩接触面抗剪强度表现为水波状>阶梯状≈锯齿状>单点凸起,但较起伏高度影响小。模拟岩石抗压强度不同反映岩石的风化程度不同,剪切过程中发生破损的程度就不同,破损使得土-岩接触面强度发生变化,岩石的风化程度是影响土-岩接触面抗剪强度的重要因素。综合分析岩石表面形状和风化程度对土-岩接触面抗剪强度特性的影响,引入结构面表面形状参数和损伤参数,给出土石混合料与岩石接触面的抗剪强度估算公式,为土-岩混合边坡的稳定性分析提供理论依据。 本文以土-岩接触面滑坡为工程背景,釆用中砂、硅粉、水泥等不同配合比材料,制成不同表面形状、不同抗压强度试件模拟岩石的表面凸起形状及风化程度,进行室内大型叠环单剪试验研究土石混合料与岩石接触面强度特性。结果表明:表面形状不同,土-岩接触面抗剪强度相差很大。表面起伏越大,抗剪强度越高,越接近土石混合料的抗剪强度。锯齿状(h=20 mm)>锯齿状(h=10 mm)>平直面(h=0);同一起伏高度下,土-岩接触面抗剪强度表现为水波状>阶梯状≈锯齿状>单点凸起,但较起伏高度影响小。模拟岩石抗压强度不同反映岩石的风化程度不同,剪切过程中发生破损的程度就不同,破损使得土-岩接触面强度发生变化,岩石的风化程度是影响土-岩接触面抗剪强度的重要因素。综合分析岩石表面形状和风化程度对土-岩接触面抗剪强度特性的影响,引入结构面表面形状参数和损伤参数,给出土石混合料与岩石接触面的抗剪强度估算公式,为土-岩混合边坡的稳定性分析提供理论依据。
已有的刚性挡土墙上三维被动土压力的研究主要基于挡土墙平移模式(T位移模式)下开展的,而对挡土墙绕顶转动模式(RT位移模式)下三维被动土压力的研究尚不充分。因此,该文采用数值方法系统地研究了RT位移模式下三维被动土压力及三维空间滑裂面性状。针对无黏性土体,得到了挡土墙宽度与深度比值、土体摩擦角大小和墙土接触面摩擦角比值对三维被动土压力系数及墙后土体滑裂面的影响,并与T位移模式下的三维被动土压力系数和墙后土体的空间滑裂面形态进行了定量的比较。研究结果表明:RT位移模式下的三维被动土压力系数和空间滑裂面形态均受土体内摩擦角及墙土接触面摩擦角比值的影响,且两者之间存在相互联系。RT位移模式下的三维被动土压力系数和空间滑裂面形态与T位移模式下有显著的区别;RT位移模式下的三维被动土压力系数及空间滑裂面相比于T位移模式下较小。研究成果可为RT位移模式下三维被动土压力的进一步研究和相关工程设计提供参考。 已有的刚性挡土墙上三维被动土压力的研究主要基于挡土墙平移模式(T位移模式)下开展的,而对挡土墙绕顶转动模式(RT位移模式)下三维被动土压力的研究尚不充分。因此,该文采用数值方法系统地研究了RT位移模式下三维被动土压力及三维空间滑裂面性状。针对无黏性土体,得到了挡土墙宽度与深度比值、土体摩擦角大小和墙土接触面摩擦角比值对三维被动土压力系数及墙后土体滑裂面的影响,并与T位移模式下的三维被动土压力系数和墙后土体的空间滑裂面形态进行了定量的比较。研究结果表明:RT位移模式下的三维被动土压力系数和空间滑裂面形态均受土体内摩擦角及墙土接触面摩擦角比值的影响,且两者之间存在相互联系。RT位移模式下的三维被动土压力系数和空间滑裂面形态与T位移模式下有显著的区别;RT位移模式下的三维被动土压力系数及空间滑裂面相比于T位移模式下较小。研究成果可为RT位移模式下三维被动土压力的进一步研究和相关工程设计提供参考。
为了研究草本和灌木组合种植条件下根系的护坡力学效应,本试验以种植于西宁盆地自建试验区生长期为1 a的6种草本和灌木组合作为试验供试种,在草本和灌木组合根-土复合体原状试样直剪试验基础上,评价了6种组合根系分布特征及其对边坡土体抗剪强度的增强效应。试验结果表明:试验区6种草本和灌木组合根系主要分布在边坡地表以下0~30 cm深度范围内,含根量随着取样深度增加呈线性函数或指数函数降低趋势;6种组合草本与灌木根系质量比随着土体深度增加,呈先降低后增大的变化趋势,且两者间符合二次函数关系;6种草本和灌木组合根-土复合体黏聚力在边坡地表以下0~30 cm深度范围内,较素土黏聚力增幅为2.47% ~70.96%,说明草本和灌木组合根系能够起到增强边坡土体黏聚力的作用,其中组合5(紫花苜蓿+垂穗披碱草+碱茅+草地早熟禾+柠条锦鸡儿)对边坡土体黏聚力的增强作用相对较为显著。上述试验成果对于西宁盆地及其周边地区生态恢复和植被护坡工程实施具有一定的实际指导意义和理论研究价值。 为了研究草本和灌木组合种植条件下根系的护坡力学效应,本试验以种植于西宁盆地自建试验区生长期为1 a的6种草本和灌木组合作为试验供试种,在草本和灌木组合根-土复合体原状试样直剪试验基础上,评价了6种组合根系分布特征及其对边坡土体抗剪强度的增强效应。试验结果表明:试验区6种草本和灌木组合根系主要分布在边坡地表以下0~30 cm深度范围内,含根量随着取样深度增加呈线性函数或指数函数降低趋势;6种组合草本与灌木根系质量比随着土体深度增加,呈先降低后增大的变化趋势,且两者间符合二次函数关系;6种草本和灌木组合根-土复合体黏聚力在边坡地表以下0~30 cm深度范围内,较素土黏聚力增幅为2.47% ~70.96%,说明草本和灌木组合根系能够起到增强边坡土体黏聚力的作用,其中组合5(紫花苜蓿+垂穗披碱草+碱茅+草地早熟禾+柠条锦鸡儿)对边坡土体黏聚力的增强作用相对较为显著。上述试验成果对于西宁盆地及其周边地区生态恢复和植被护坡工程实施具有一定的实际指导意义和理论研究价值。
分散性土具有抗冲蚀能力低、遇水易分散的性质,容易造成路基失稳、堤坝管涌等事故。通常采用双比重计试验、碎块试验、针孔试验和交换性钠离子百分比试验来判别土样的分散性等级。但由于我国分散性土研究时间较少尚未形成统一的标准,不同的鉴别试验往往出现不同的结果,同时各判别试验的等级划分也不完全相同,对土体的分散性等级不能做明确的判别。以吉林乾安地区土样为研究对象,在测定土体性质及矿物组成的基础上,采用不同试验方法对其分散性进行测试,并综合考虑土体性质与分散机理,分别赋予碎块试验、双比重计试验、针孔试验和交换性钠离子百分比试验不同的权重值,同时将碎块试验、双比重计试验、针孔试验方法中的土体分散性等级划分为高分散性、分散性、过渡性、非分散性4种等级。根据碎块试验、双比重计试验、针孔试验和交换性钠离子试验,对各分散等级赋予一定的分值,最后根据权重值和评分综合判定研究土样的分散性等级。该方法可为分散性土体的分散等级综合判定提供相应的借鉴与参考。 分散性土具有抗冲蚀能力低、遇水易分散的性质,容易造成路基失稳、堤坝管涌等事故。通常采用双比重计试验、碎块试验、针孔试验和交换性钠离子百分比试验来判别土样的分散性等级。但由于我国分散性土研究时间较少尚未形成统一的标准,不同的鉴别试验往往出现不同的结果,同时各判别试验的等级划分也不完全相同,对土体的分散性等级不能做明确的判别。以吉林乾安地区土样为研究对象,在测定土体性质及矿物组成的基础上,采用不同试验方法对其分散性进行测试,并综合考虑土体性质与分散机理,分别赋予碎块试验、双比重计试验、针孔试验和交换性钠离子百分比试验不同的权重值,同时将碎块试验、双比重计试验、针孔试验方法中的土体分散性等级划分为高分散性、分散性、过渡性、非分散性4种等级。根据碎块试验、双比重计试验、针孔试验和交换性钠离子试验,对各分散等级赋予一定的分值,最后根据权重值和评分综合判定研究土样的分散性等级。该方法可为分散性土体的分散等级综合判定提供相应的借鉴与参考。
为研究颗粒形态对砂土抗剪强度的影响,制备了5组不同粒径的球形石英砂和颗粒形态不规则的实验室标准砂,并进行一系列的直剪试验;离散元法能有效地模拟砂土的离散性和不均匀性,基于高性能离散元分析软件MatDEM,通过二次开发,建立直剪试验三维模拟器,对直剪试验过程进行了数值模拟,并对比分析了试验和数值模拟结果。数据表明:(1)石英砂试样的自然休止角与其抗剪强度有着正相关性;(2)球形石英砂较实验室标准砂能更快达到峰值强度,但其值相对较低;标准砂存在着一定的黏聚力;(3)在直剪过程中,直剪盒中部颗粒的位移较周围颗粒不同,形成了明显的剪切带,并且球形石英砂试样的剪切带内颗粒的位移更小;(4)砂土直剪试验中配位数与剪应力有着良好的正相关性。本文结果表明,在相同的荷载条件下不规则颗粒形态的石英砂的抗剪强度要明显大于球形石英砂。 为研究颗粒形态对砂土抗剪强度的影响,制备了5组不同粒径的球形石英砂和颗粒形态不规则的实验室标准砂,并进行一系列的直剪试验;离散元法能有效地模拟砂土的离散性和不均匀性,基于高性能离散元分析软件MatDEM,通过二次开发,建立直剪试验三维模拟器,对直剪试验过程进行了数值模拟,并对比分析了试验和数值模拟结果。数据表明:(1)石英砂试样的自然休止角与其抗剪强度有着正相关性;(2)球形石英砂较实验室标准砂能更快达到峰值强度,但其值相对较低;标准砂存在着一定的黏聚力;(3)在直剪过程中,直剪盒中部颗粒的位移较周围颗粒不同,形成了明显的剪切带,并且球形石英砂试样的剪切带内颗粒的位移更小;(4)砂土直剪试验中配位数与剪应力有着良好的正相关性。本文结果表明,在相同的荷载条件下不规则颗粒形态的石英砂的抗剪强度要明显大于球形石英砂。
北方红黏土又称三趾马红土,在黄土高原地区呈不连续状分布于黄土之下,为典型的致滑地层。红黏土遇水后强度降低、变形增大从而构成滑动面的过程,与红黏土特别是非饱和红黏土的蠕变特性息息相关,然而相关的研究多集中于南方红黏土。我国南方和北方红黏土的工程特性差异较大,不能等同对待。本文以陕西蓝田典型的北方红黏土为研究对象,借鉴控制吸力的非饱和土研究方法,在吸力分别为0,100 kPa和200 kPa条件下分级施加围压,开展了吸力控制条件下的三轴蠕变试验,研究非饱和红黏土的蠕变特性和长期强度。试验表明,红黏土具有明显蠕变特性,不同围压下的应力-应变曲线变化特征相近,均呈现幂函数或对数函数变化特征。当围压和荷载一定时,蠕变量随吸力的减小而增大,稳定时间随吸力减小而增长。吸力越小土体的蠕变性越强,其屈服强度也较小,饱和红黏土(吸力为0)的长期强度比吸力为200 kPa时的红黏土长期强度降低了约50%,说明含水率增大会增大滑带红黏土的蠕变量,促使滑坡的形成,本研究可为红黏土致滑机理研究提供基础。 北方红黏土又称三趾马红土,在黄土高原地区呈不连续状分布于黄土之下,为典型的致滑地层。红黏土遇水后强度降低、变形增大从而构成滑动面的过程,与红黏土特别是非饱和红黏土的蠕变特性息息相关,然而相关的研究多集中于南方红黏土。我国南方和北方红黏土的工程特性差异较大,不能等同对待。本文以陕西蓝田典型的北方红黏土为研究对象,借鉴控制吸力的非饱和土研究方法,在吸力分别为0,100 kPa和200 kPa条件下分级施加围压,开展了吸力控制条件下的三轴蠕变试验,研究非饱和红黏土的蠕变特性和长期强度。试验表明,红黏土具有明显蠕变特性,不同围压下的应力-应变曲线变化特征相近,均呈现幂函数或对数函数变化特征。当围压和荷载一定时,蠕变量随吸力的减小而增大,稳定时间随吸力减小而增长。吸力越小土体的蠕变性越强,其屈服强度也较小,饱和红黏土(吸力为0)的长期强度比吸力为200 kPa时的红黏土长期强度降低了约50%,说明含水率增大会增大滑带红黏土的蠕变量,促使滑坡的形成,本研究可为红黏土致滑机理研究提供基础。
冻结法施工设计过程中地层的热物理参数是必须明确的指标, 为了探明高富水卵砾石地层热物理参数以及各参数与影响因素之间的相互作用关系, 本文以现场取回卵砾石样为研究对象, 通过自制试验装置测量试样起始冻结温度、比热容和导热系数, 探究含盐量对试样起始冻结温度的影响, 试样比热容、导热系数与冻结温度之间的相互作用关系, 试验结果表明:随着含盐量升高, 试样中水分的蒸气压不断下降, 造成试样需要更低的温度, 释放更多的能量才会发生冻结, 试样随着含盐量的升高起始冻结温度下降, 1、2、3号试样平均起始冻结温度从-0.46 ℃下降到-1.15 ℃; 随着冻结温度的降低试样中水分冻结, 卵砾石试样中含冰量增多, 未冻水含量减少, 由于冰的比热容是水的一半, 致使比热容不断下降, 卵砾石试样比热容从1.60 J·(g·℃)-1下降到1.06 J·(g·℃)-1; 随着冻结温度的降低试样含冰量增多, 含水量减少, 由于冰的导热系数远远大于水的导热系数, 致使卵砾石试样导热系数不断上升, 由1.71 W·(m·K)-1增加到2.13 W·(m·K)-1; 由于试样中含冰量、未冻水含量随温度不断变化, 固态和液态水的相变, 导致试样热物理性质随温度不断发生改变。 冻结法施工设计过程中地层的热物理参数是必须明确的指标, 为了探明高富水卵砾石地层热物理参数以及各参数与影响因素之间的相互作用关系, 本文以现场取回卵砾石样为研究对象, 通过自制试验装置测量试样起始冻结温度、比热容和导热系数, 探究含盐量对试样起始冻结温度的影响, 试样比热容、导热系数与冻结温度之间的相互作用关系, 试验结果表明:随着含盐量升高, 试样中水分的蒸气压不断下降, 造成试样需要更低的温度, 释放更多的能量才会发生冻结, 试样随着含盐量的升高起始冻结温度下降, 1、2、3号试样平均起始冻结温度从-0.46 ℃下降到-1.15 ℃; 随着冻结温度的降低试样中水分冻结, 卵砾石试样中含冰量增多, 未冻水含量减少, 由于冰的比热容是水的一半, 致使比热容不断下降, 卵砾石试样比热容从1.60 J·(g·℃)-1下降到1.06 J·(g·℃)-1; 随着冻结温度的降低试样含冰量增多, 含水量减少, 由于冰的导热系数远远大于水的导热系数, 致使卵砾石试样导热系数不断上升, 由1.71 W·(m·K)-1增加到2.13 W·(m·K)-1; 由于试样中含冰量、未冻水含量随温度不断变化, 固态和液态水的相变, 导致试样热物理性质随温度不断发生改变。
地质灾害
以新疆维吾尔自治区乌恰县康苏红层崩塌为例, 基于DAN-W运动学模型进行了红层崩塌碎屑流空间预测评价, 同时根据无人机航拍图和野外地质现场调查, 结合崩塌研究区的工程地质要素, 分析该崩塌的形成特征和失稳模式。结果表明:该崩塌为拉裂式崩塌, 主要受危岩体岩性组合和坡体结构面组合控制, 其孕灾模式为差异风化阶段→岩体结构变形破坏阶段→悬挑危岩阶段→崩塌失稳落下阶段, 具有典型的碎屑流运动特征。同时利用动力学模型软件DAN-W对该崩塌碎屑流的运动过程进行计算, 得到崩塌碎屑流的运动时长约为50 s, 堆积体平均厚度达到2 m, 最大速度为11.5 m·s-1, 冲击最远距离达到315 m, 与实际情况相符。表明DAN-W模型可以用来分析红层崩塌碎屑流的动力学灾害效应, 为红层地区类似的潜在崩塌碎屑流灾害的形成特征和运动效应分析提供借鉴。 以新疆维吾尔自治区乌恰县康苏红层崩塌为例, 基于DAN-W运动学模型进行了红层崩塌碎屑流空间预测评价, 同时根据无人机航拍图和野外地质现场调查, 结合崩塌研究区的工程地质要素, 分析该崩塌的形成特征和失稳模式。结果表明:该崩塌为拉裂式崩塌, 主要受危岩体岩性组合和坡体结构面组合控制, 其孕灾模式为差异风化阶段→岩体结构变形破坏阶段→悬挑危岩阶段→崩塌失稳落下阶段, 具有典型的碎屑流运动特征。同时利用动力学模型软件DAN-W对该崩塌碎屑流的运动过程进行计算, 得到崩塌碎屑流的运动时长约为50 s, 堆积体平均厚度达到2 m, 最大速度为11.5 m·s-1, 冲击最远距离达到315 m, 与实际情况相符。表明DAN-W模型可以用来分析红层崩塌碎屑流的动力学灾害效应, 为红层地区类似的潜在崩塌碎屑流灾害的形成特征和运动效应分析提供借鉴。
地震对人类的威胁不仅是发生时直接造成的人员伤亡和财产损失, 更体现在地震所产生的高隐蔽性、高危险性滑坡隐患体带来的危害, 震后区域滑坡隐患体的快速识别和科学评价在震后抢险、排险工作中至关重要。以九寨沟地区“川主寺—九寨沟”公路沿线区域为研究对象, 建立了基于DInSAR-BP神经网络技术的震后区域滑坡危险性综合评价模型。研究结果显示, 九寨沟地区震后的滑坡高危险性区域面积约为2602.35 km2, 是震前的3.4倍, 并且这些区域主要分布在震中东北方向约20 km附近、九寨沟景区内以及川九路前70 km, 符合震后调查情况; 使用多元非线性回归法可以有效计算震后地表形变值对滑坡危险性的影响, 使震后危险性评价结果精度提高了13.9%, 证明了模型在研究区域内具有良好的适用性。 地震对人类的威胁不仅是发生时直接造成的人员伤亡和财产损失, 更体现在地震所产生的高隐蔽性、高危险性滑坡隐患体带来的危害, 震后区域滑坡隐患体的快速识别和科学评价在震后抢险、排险工作中至关重要。以九寨沟地区“川主寺—九寨沟”公路沿线区域为研究对象, 建立了基于DInSAR-BP神经网络技术的震后区域滑坡危险性综合评价模型。研究结果显示, 九寨沟地区震后的滑坡高危险性区域面积约为2602.35 km2, 是震前的3.4倍, 并且这些区域主要分布在震中东北方向约20 km附近、九寨沟景区内以及川九路前70 km, 符合震后调查情况; 使用多元非线性回归法可以有效计算震后地表形变值对滑坡危险性的影响, 使震后危险性评价结果精度提高了13.9%, 证明了模型在研究区域内具有良好的适用性。
2019年7月23日20时40分许, 贵州省水城县鸡场镇坪地村岔沟组发生高位滑坡, 高速运动的碎屑物质沿途铲刮坡面原有松散崩滑堆积物, 最终形成体积约为191.2×104 m3的堆积体, 摧毁坡脚的居民区, 造成43人遇难, 9人失踪。通过对灾害发生现场进行详细的地质调查, 本文综合运用无人机航拍、现场测试等技术手段, 对鸡场滑坡特征进行了详细描述, 初步阐述了滑坡发生的动力学过程和成因机理, 并对残余滑坡堆积体的潜在危险性进行了分析。初步研究结果认为, 滑坡源区特殊的地形条件、风化碎裂的玄武岩体和不利的岩体结构面是滑坡形成的内因, 强降雨的饱水加载和下渗软化作用, 以及公路切坡扰动是导致滑坡发生的外因。鸡场滑坡发生前斜坡无明显的变形迹象, 表现出极强的隐蔽性和突发性。滑坡发生后碎屑流远程运动了约1.3 km, 造成了巨大的危害。深入研究鸡场滑坡的形成过程和成灾机理, 对我国西南山区存在类似条件的地质灾害隐患点的减灾防灾工作, 具有重要的指导意义。 2019年7月23日20时40分许, 贵州省水城县鸡场镇坪地村岔沟组发生高位滑坡, 高速运动的碎屑物质沿途铲刮坡面原有松散崩滑堆积物, 最终形成体积约为191.2×104 m3的堆积体, 摧毁坡脚的居民区, 造成43人遇难, 9人失踪。通过对灾害发生现场进行详细的地质调查, 本文综合运用无人机航拍、现场测试等技术手段, 对鸡场滑坡特征进行了详细描述, 初步阐述了滑坡发生的动力学过程和成因机理, 并对残余滑坡堆积体的潜在危险性进行了分析。初步研究结果认为, 滑坡源区特殊的地形条件、风化碎裂的玄武岩体和不利的岩体结构面是滑坡形成的内因, 强降雨的饱水加载和下渗软化作用, 以及公路切坡扰动是导致滑坡发生的外因。鸡场滑坡发生前斜坡无明显的变形迹象, 表现出极强的隐蔽性和突发性。滑坡发生后碎屑流远程运动了约1.3 km, 造成了巨大的危害。深入研究鸡场滑坡的形成过程和成灾机理, 对我国西南山区存在类似条件的地质灾害隐患点的减灾防灾工作, 具有重要的指导意义。
高陡岩质边坡危岩体失稳机理与稳定性评价一直是学者们关注的重点问题。相比于以定性分析为主的传统稳定性评价方法, 数值模拟分析方法在危岩体稳定性评价工作中得到越来越广泛的应用。而如何快速准确地建立复杂三维精细化地质模型, 尽可能还原岩体结构特征信息, 并与数值模拟软件进行无损对接, 进而定量评价危岩体稳定性仍是目前急需解决的问题。在野外现场调查结果的基础上, 对浙江神仙居景区神龙瀑景点处的地质灾害隐患点进行高精度三维激光扫描, 基于逆向工程建模软件Geomagic Studio, 对扫描获取的点云数据进行模型重建, 借助有限元网格划分软件Hypermesh对曲面模型进行三维实体化和网格划分处理, 再导入数值模拟软件FLAC3D中进行计算。结果表明, 神龙瀑边坡受拉破坏危岩体后缘裂隙最大拉应力接近抗拉强度, 且存在明显位移, 极有可能发生滑移-坠落。然后通过FLAC3D内置FISH语言进行二次开发, 计算结构面塑性破坏单元数目在总单元数目中的占比, 得出危岩体失稳概率为20%以上。该结果与现场灾害调查、数值分析结果相互印证, 预测了危岩体的潜在破坏范围, 提出了相应的防治措施建议。上述分析结果可为当地旅游管理部门的灾害防治工作提供理论依据和指导。 高陡岩质边坡危岩体失稳机理与稳定性评价一直是学者们关注的重点问题。相比于以定性分析为主的传统稳定性评价方法, 数值模拟分析方法在危岩体稳定性评价工作中得到越来越广泛的应用。而如何快速准确地建立复杂三维精细化地质模型, 尽可能还原岩体结构特征信息, 并与数值模拟软件进行无损对接, 进而定量评价危岩体稳定性仍是目前急需解决的问题。在野外现场调查结果的基础上, 对浙江神仙居景区神龙瀑景点处的地质灾害隐患点进行高精度三维激光扫描, 基于逆向工程建模软件Geomagic Studio, 对扫描获取的点云数据进行模型重建, 借助有限元网格划分软件Hypermesh对曲面模型进行三维实体化和网格划分处理, 再导入数值模拟软件FLAC3D中进行计算。结果表明, 神龙瀑边坡受拉破坏危岩体后缘裂隙最大拉应力接近抗拉强度, 且存在明显位移, 极有可能发生滑移-坠落。然后通过FLAC3D内置FISH语言进行二次开发, 计算结构面塑性破坏单元数目在总单元数目中的占比, 得出危岩体失稳概率为20%以上。该结果与现场灾害调查、数值分析结果相互印证, 预测了危岩体的潜在破坏范围, 提出了相应的防治措施建议。上述分析结果可为当地旅游管理部门的灾害防治工作提供理论依据和指导。
龙游石窟3号洞顶板裂缝发育迅速, 为控制裂缝的进一步发育, 本文采用因素调查、力学计算、监测分析的方法, 对顶板裂缝的发育机理及规律开展研究。研究结果表明:裂缝在多因素交互影响下发育加剧; 裂缝产生的主要原因是围岩的断裂韧度较低; 在已支护区范围内裂缝的发育得到缓解, 未支护区范围裂缝发育速度加快; 已支护区范围外的顶板出现不均匀沉降现象, 原有的支护和监测措施已显不足。针对裂缝发育区本文提出了一套支顶式加固方案, 并采用BIM(Building Information Modeling)技术对洞室和支护结构进行了可视化展示。最后提出了智能化监测方案, 对支护结构和洞室进行监测, 以使支护结构更好地发挥作用。支护方案和监测方案的实施可为古地下洞室的长期稳定提供保障。 龙游石窟3号洞顶板裂缝发育迅速, 为控制裂缝的进一步发育, 本文采用因素调查、力学计算、监测分析的方法, 对顶板裂缝的发育机理及规律开展研究。研究结果表明:裂缝在多因素交互影响下发育加剧; 裂缝产生的主要原因是围岩的断裂韧度较低; 在已支护区范围内裂缝的发育得到缓解, 未支护区范围裂缝发育速度加快; 已支护区范围外的顶板出现不均匀沉降现象, 原有的支护和监测措施已显不足。针对裂缝发育区本文提出了一套支顶式加固方案, 并采用BIM(Building Information Modeling)技术对洞室和支护结构进行了可视化展示。最后提出了智能化监测方案, 对支护结构和洞室进行监测, 以使支护结构更好地发挥作用。支护方案和监测方案的实施可为古地下洞室的长期稳定提供保障。
滚石防护加筋土挡墙是工程上常见的落石防护工程结构, 通常用于拦截大体积或高速滚落的山坡落石。滚石防护加筋土挡墙能有效拦截具有高冲击动能的岩块滚落。但由于其结构较大, 受滚石撞击时会发生不可逆的诱发性破坏变形, 加筋土体应力-应变性状非线性, 不同加筋材料与土体界面特性及作用机制相当复杂, 目前防滚石撞击的加筋土防护挡墙的设计方法不够完善。通过总结已有文献的研究成果, 重点阐述了受滚石撞击的加筋土挡墙结构响应性状, 从落石轨迹控制和挡墙稳定性两个方面对挡墙设计方法进行了讨论。同时指出滚石旋转动能不可忽略, 已有成果在滚石冲击力计算、结构撞击响应分析方法等问题的研究仍显不足, 为今后研究提供参考。 滚石防护加筋土挡墙是工程上常见的落石防护工程结构, 通常用于拦截大体积或高速滚落的山坡落石。滚石防护加筋土挡墙能有效拦截具有高冲击动能的岩块滚落。但由于其结构较大, 受滚石撞击时会发生不可逆的诱发性破坏变形, 加筋土体应力-应变性状非线性, 不同加筋材料与土体界面特性及作用机制相当复杂, 目前防滚石撞击的加筋土防护挡墙的设计方法不够完善。通过总结已有文献的研究成果, 重点阐述了受滚石撞击的加筋土挡墙结构响应性状, 从落石轨迹控制和挡墙稳定性两个方面对挡墙设计方法进行了讨论。同时指出滚石旋转动能不可忽略, 已有成果在滚石冲击力计算、结构撞击响应分析方法等问题的研究仍显不足, 为今后研究提供参考。
不确定性问题是边坡工程抗震设计所面临的巨大挑战。为此, 本文综述了近年来在边坡随机动力分析方法方面的相关研究, 并探讨了此类分析方法在边坡工程抗震设计中的应用前景。首先, 回顾了在边坡动力稳定性方面的已有研究成果, 分析了边坡工程中所涉及的不确定性问题。其次, 总结了边坡随机动力分析的流程, 引入了一种基于概率密度演化的边坡随机动力分析框架。然后重点介绍了随机动力分析中的地震动不确定性, 通过典型台站实测资料说明了地震动不确定性的存在性, 介绍了基于场地特征的随机地震动模型。在此基础上, 阐述了边坡随机动力分析的具体内容, 主要包括:(1)边坡随机动力响应分析; (2)边坡动力可靠度分析; (3)边坡地震易损性分析; (4)边坡动力失稳及风险评估; (5)边坡抗震性能优化设计等。最后, 回顾了边坡随机动力分析方法的若干进展, 分析了所取得的成果并进行了展望。总的来说, 边坡随机动力分析将确定性分析拓展到了基于完备概率集的不确定性分析, 为边坡工程抗震设计提供了一定的理论参考, 但在随机地震动模拟、多随机因素耦合、支护结构优化设计等方面仍需进一步完善。 不确定性问题是边坡工程抗震设计所面临的巨大挑战。为此, 本文综述了近年来在边坡随机动力分析方法方面的相关研究, 并探讨了此类分析方法在边坡工程抗震设计中的应用前景。首先, 回顾了在边坡动力稳定性方面的已有研究成果, 分析了边坡工程中所涉及的不确定性问题。其次, 总结了边坡随机动力分析的流程, 引入了一种基于概率密度演化的边坡随机动力分析框架。然后重点介绍了随机动力分析中的地震动不确定性, 通过典型台站实测资料说明了地震动不确定性的存在性, 介绍了基于场地特征的随机地震动模型。在此基础上, 阐述了边坡随机动力分析的具体内容, 主要包括:(1)边坡随机动力响应分析; (2)边坡动力可靠度分析; (3)边坡地震易损性分析; (4)边坡动力失稳及风险评估; (5)边坡抗震性能优化设计等。最后, 回顾了边坡随机动力分析方法的若干进展, 分析了所取得的成果并进行了展望。总的来说, 边坡随机动力分析将确定性分析拓展到了基于完备概率集的不确定性分析, 为边坡工程抗震设计提供了一定的理论参考, 但在随机地震动模拟、多随机因素耦合、支护结构优化设计等方面仍需进一步完善。
湿陷性黄土地区岩土工程往往涉及大量挖方填方工程,极易引发一系列的地面沉降和植被破坏问题。本文基于SBAS-InSAR技术结合遥感数据处理对延安新区平山造城工后地面沉降及植被恢复特征进行了分析。首先,通过目视解译及DEM提取,获取工程基本特征;随后,基于SBAS-InSAR技术对新区工后地面沉降进行探测;最后,利用遥感提取新区的NDVI时序数据。结果表明:(1)延安新区建筑工程建设滞后挖填方工程约2a,填方区域沿着原始地形的沟谷展布,挖填方体最大厚度均超过90m;(2)延安新区主要沉降区为填方区域,2017~2018年最大沉降速率达45mm ·a-1,主要建筑工程所处的挖方区无明显地面沉降,工程边坡大多处于稳定状态;(3)延安新区2013~2015年NDVI平均值增长230%,2015~2018年增长50%,植被恢复明显。延安新区平山造城工程的规划建设合理的规避了地面沉降及缓解了生态环境恶化,研究成果可为类似工程建设提供科学参考依据。 湿陷性黄土地区岩土工程往往涉及大量挖方填方工程,极易引发一系列的地面沉降和植被破坏问题。本文基于SBAS-InSAR技术结合遥感数据处理对延安新区平山造城工后地面沉降及植被恢复特征进行了分析。首先,通过目视解译及DEM提取,获取工程基本特征;随后,基于SBAS-InSAR技术对新区工后地面沉降进行探测;最后,利用遥感提取新区的NDVI时序数据。结果表明:(1)延安新区建筑工程建设滞后挖填方工程约2a,填方区域沿着原始地形的沟谷展布,挖填方体最大厚度均超过90m;(2)延安新区主要沉降区为填方区域,2017~2018年最大沉降速率达45mm ·a-1,主要建筑工程所处的挖方区无明显地面沉降,工程边坡大多处于稳定状态;(3)延安新区2013~2015年NDVI平均值增长230%,2015~2018年增长50%,植被恢复明显。延安新区平山造城工程的规划建设合理的规避了地面沉降及缓解了生态环境恶化,研究成果可为类似工程建设提供科学参考依据。
针对土遗址干缩裂缝病害,以三星堆月亮湾城墙剖面为依托,探讨干缩裂缝的开裂条件、扩展特征以及失稳扩展条件。研究结果有助于揭示土遗址开裂规律,对遗址保护的工程实践具有指导意义。针对月亮湾城墙土体进行室内干燥试验,通过电子天平记录试样失水过程,采用图像分析技术得到裂缝的开裂与扩展过程,利用数字图像相关技术得到开裂过程的位移场与应变场。结果表明:试样表面缺陷降低了开裂所需的拉应力,缺陷与边界的距离越小,引发开裂的缺陷临界尺寸就越小,因此裂缝更易在试样边界附近缺陷处产生;根据断裂力学理论,考虑含水率对土体性质的影响,裂缝失稳扩展需满足应力强度因子对含水率的增加率大于断裂韧性;理论推导出裂缝失稳扩展临界长度的计算方法,该方法初步得到了实测数据验证;随着含水率从45.6%降低到29.1%,失稳扩展临界长度与试样宽度比值从0.109减小到0.024,含水率越低裂缝越易进入失稳扩展阶段,开裂处一个微小的缺陷就可能引发裂缝的快速扩展;对土遗址表面进行保护时,应着重修补分布在土层边界区域的大尺寸缺陷;定期监测土遗址临空面,一旦发现开裂,应及时对裂缝及其附近缺陷进行修复,以防止裂缝失稳扩展。 针对土遗址干缩裂缝病害,以三星堆月亮湾城墙剖面为依托,探讨干缩裂缝的开裂条件、扩展特征以及失稳扩展条件。研究结果有助于揭示土遗址开裂规律,对遗址保护的工程实践具有指导意义。针对月亮湾城墙土体进行室内干燥试验,通过电子天平记录试样失水过程,采用图像分析技术得到裂缝的开裂与扩展过程,利用数字图像相关技术得到开裂过程的位移场与应变场。结果表明:试样表面缺陷降低了开裂所需的拉应力,缺陷与边界的距离越小,引发开裂的缺陷临界尺寸就越小,因此裂缝更易在试样边界附近缺陷处产生;根据断裂力学理论,考虑含水率对土体性质的影响,裂缝失稳扩展需满足应力强度因子对含水率的增加率大于断裂韧性;理论推导出裂缝失稳扩展临界长度的计算方法,该方法初步得到了实测数据验证;随着含水率从45.6%降低到29.1%,失稳扩展临界长度与试样宽度比值从0.109减小到0.024,含水率越低裂缝越易进入失稳扩展阶段,开裂处一个微小的缺陷就可能引发裂缝的快速扩展;对土遗址表面进行保护时,应着重修补分布在土层边界区域的大尺寸缺陷;定期监测土遗址临空面,一旦发现开裂,应及时对裂缝及其附近缺陷进行修复,以防止裂缝失稳扩展。
地质工程
水库边坡的稳定性受诸多因素的影响,以致其准确评价仍存在一定的困难。为克服传统的正态云模型方法在实际应用中存在的云模型特征值取值不统一以及使用期望隶属度而非实际隶属度两个问题,提出了改进型正态云模型,并在MATLAB软件平台上开发了便于模型应用的程序。选取影响水库边坡稳定性的12个主要因素作为评价指标,应用程序生成各评价指标在各稳定性等级的综合隶属度云模型,接着使用改进的熵权层次分析法确定各评价指标的相应权重,最后将平均综合隶属度最高值所在的级别确定为边坡的稳定性等级。将该方法应用于34个水电边坡工程稳定性评价实例,并将结果与现行国家规范推荐的CSMR法及这些边坡的实际状态进行了比对。结果表明该方法的准确度比CSMR法高,具有较好的可靠性和实用性,也可供公路、铁路或建筑等其他岩质边坡在进行稳定性评价时参考。 水库边坡的稳定性受诸多因素的影响,以致其准确评价仍存在一定的困难。为克服传统的正态云模型方法在实际应用中存在的云模型特征值取值不统一以及使用期望隶属度而非实际隶属度两个问题,提出了改进型正态云模型,并在MATLAB软件平台上开发了便于模型应用的程序。选取影响水库边坡稳定性的12个主要因素作为评价指标,应用程序生成各评价指标在各稳定性等级的综合隶属度云模型,接着使用改进的熵权层次分析法确定各评价指标的相应权重,最后将平均综合隶属度最高值所在的级别确定为边坡的稳定性等级。将该方法应用于34个水电边坡工程稳定性评价实例,并将结果与现行国家规范推荐的CSMR法及这些边坡的实际状态进行了比对。结果表明该方法的准确度比CSMR法高,具有较好的可靠性和实用性,也可供公路、铁路或建筑等其他岩质边坡在进行稳定性评价时参考。
含软弱夹层岩质边坡在自然环境和工程实践中都比较常见,稳定性差,边坡失稳产生了大量的滑坡灾害,造成大量人员伤亡和经济损失。因此,含软弱夹层岩质边坡稳定性研究一直是工程地质和岩土工程领域的研究重点之一。在收集整理国内外相关资料的基础上,从自重工况、开挖工况、暴雨和蓄水工况、地震工况方面总结了目前含软弱夹层岩质边坡稳定性的研究现状及进展,取得如下主要认识:(1)软弱夹层对岩质边坡稳定性有显著不利影响,含软弱夹层岩质边坡的稳定性比均质岩质边坡、不含软弱夹层的层状岩质边坡都差;(2)含软弱夹层岩质边坡的稳定性系数、变形特征和破坏模式与软弱夹层的含水状态、抗剪强度、倾角、厚度、间距、层数和边坡坡度有关;(3)开挖容易诱发坡体沿软弱夹层滑坡,含软弱夹层岩质边坡开挖后需要及时支护;(4)爆破层裂效应改变了软弱夹层与围岩的接触状态,减小了它们之间的凝聚力和摩擦力,导致边坡稳定性降低;(5)暴雨和蓄水都不利于含软弱夹层岩质边坡稳定;(6)岩质边坡地震动力响应和变形破坏特征受软弱夹层参数(厚度、倾角、含水状态)、地震波特性(地震波的类型、幅值、频率、激振方向)和边坡结构(顺层或反倾)共同影响;(7)在软弱夹层对水平向动力响应的放大或减弱作用及厚层软弱夹层的消能减震作用方面仍然存在不同观点。在此基础上,分析了研究方法的优缺点,指出当前含软弱夹层岩质边坡稳定性研究存在的问题。最后,针对该领域的研究现状,提出了未来的研究重点和方向,主要包括:含多层软弱夹层岩质边坡的渐进性变形破坏过程和稳定性;全面深入研究单因素作用(开挖卸荷、爆破、地震、暴雨、库水位变化、地下水等)对含软弱夹层岩质边坡稳定性的影响机制;多因素耦合作用下含软弱夹层岩质边坡稳定性;支挡结构体系对含多层软弱夹层高陡岩质边坡的加固机制。 含软弱夹层岩质边坡在自然环境和工程实践中都比较常见,稳定性差,边坡失稳产生了大量的滑坡灾害,造成大量人员伤亡和经济损失。因此,含软弱夹层岩质边坡稳定性研究一直是工程地质和岩土工程领域的研究重点之一。在收集整理国内外相关资料的基础上,从自重工况、开挖工况、暴雨和蓄水工况、地震工况方面总结了目前含软弱夹层岩质边坡稳定性的研究现状及进展,取得如下主要认识:(1)软弱夹层对岩质边坡稳定性有显著不利影响,含软弱夹层岩质边坡的稳定性比均质岩质边坡、不含软弱夹层的层状岩质边坡都差;(2)含软弱夹层岩质边坡的稳定性系数、变形特征和破坏模式与软弱夹层的含水状态、抗剪强度、倾角、厚度、间距、层数和边坡坡度有关;(3)开挖容易诱发坡体沿软弱夹层滑坡,含软弱夹层岩质边坡开挖后需要及时支护;(4)爆破层裂效应改变了软弱夹层与围岩的接触状态,减小了它们之间的凝聚力和摩擦力,导致边坡稳定性降低;(5)暴雨和蓄水都不利于含软弱夹层岩质边坡稳定;(6)岩质边坡地震动力响应和变形破坏特征受软弱夹层参数(厚度、倾角、含水状态)、地震波特性(地震波的类型、幅值、频率、激振方向)和边坡结构(顺层或反倾)共同影响;(7)在软弱夹层对水平向动力响应的放大或减弱作用及厚层软弱夹层的消能减震作用方面仍然存在不同观点。在此基础上,分析了研究方法的优缺点,指出当前含软弱夹层岩质边坡稳定性研究存在的问题。最后,针对该领域的研究现状,提出了未来的研究重点和方向,主要包括:含多层软弱夹层岩质边坡的渐进性变形破坏过程和稳定性;全面深入研究单因素作用(开挖卸荷、爆破、地震、暴雨、库水位变化、地下水等)对含软弱夹层岩质边坡稳定性的影响机制;多因素耦合作用下含软弱夹层岩质边坡稳定性;支挡结构体系对含多层软弱夹层高陡岩质边坡的加固机制。
吸力基础具有施工方便、可回收利用及造价低等优点,在海洋平台及海上风电工程中得到了成功应用。吸力基础用于系泊深海浮动式平台时,抗拔承载特性是工程设计的重要因素。海上风电场面临着服役期满后的升级改造问题,需采用更大功率的发电设备,风机叶片直径、塔架高度随之增加,原基础难以满足新的设计要求,从可持续发展角度,塔架基础的拔出、回收等方面正逐渐引起人们的高度重视。本文介绍了吸力基础抗拔、拔出特性方面取得的研究成果,阐述了影响基础抗拔和拔出特性的因素,阐明了吸力基础拔出的力学机制与作用机理。通过文献调研推断:注水拔出吸力基础,砂土会发生渗流破坏,黏土会产生劈裂破坏,会导致基础无法继续上拔,应结合拉力上拔或振动法对基础进行回收。 吸力基础具有施工方便、可回收利用及造价低等优点,在海洋平台及海上风电工程中得到了成功应用。吸力基础用于系泊深海浮动式平台时,抗拔承载特性是工程设计的重要因素。海上风电场面临着服役期满后的升级改造问题,需采用更大功率的发电设备,风机叶片直径、塔架高度随之增加,原基础难以满足新的设计要求,从可持续发展角度,塔架基础的拔出、回收等方面正逐渐引起人们的高度重视。本文介绍了吸力基础抗拔、拔出特性方面取得的研究成果,阐述了影响基础抗拔和拔出特性的因素,阐明了吸力基础拔出的力学机制与作用机理。通过文献调研推断:注水拔出吸力基础,砂土会发生渗流破坏,黏土会产生劈裂破坏,会导致基础无法继续上拔,应结合拉力上拔或振动法对基础进行回收。
利用强度折减法和有限元分析软件ABAQUS,研究了单面和双面土体边坡的稳定性。首先,利用典型算例验证了所采用方法的可行性,然后通过模型数值模拟,分析了不同的坡体参数,如坡角、坡高、黏聚力和内摩擦角等情况下单面和双面边坡的稳定性。探讨了各参数对单面和双面边坡稳定安全系数的影响特征和规律,同时也展现了土体塑性应变区发生和扩展过程。结果表明:(1)坡角、坡高、黏聚力和内摩擦角等参数的单独变化对边坡安全性系数的影响规律基本一致、近似线性变化,对单面和双面边坡稳定性的影响规律相同;(2)双面边坡稳定性比单面边坡的有所降低,但边坡几何和物理参数取一定范围内的值时,两种趋于一致;(3)坡面顶部的位移拐点和坡体塑性应变区贯通之间并不是同时出现,土体边坡稳定性评价的不同判别准则之间存在差异。建议实际工程中边坡稳定性评价考虑采用双面边坡甚至更复杂边坡分析模型,同时需综合利用边坡稳定临界状态的不同判别准则。 利用强度折减法和有限元分析软件ABAQUS,研究了单面和双面土体边坡的稳定性。首先,利用典型算例验证了所采用方法的可行性,然后通过模型数值模拟,分析了不同的坡体参数,如坡角、坡高、黏聚力和内摩擦角等情况下单面和双面边坡的稳定性。探讨了各参数对单面和双面边坡稳定安全系数的影响特征和规律,同时也展现了土体塑性应变区发生和扩展过程。结果表明:(1)坡角、坡高、黏聚力和内摩擦角等参数的单独变化对边坡安全性系数的影响规律基本一致、近似线性变化,对单面和双面边坡稳定性的影响规律相同;(2)双面边坡稳定性比单面边坡的有所降低,但边坡几何和物理参数取一定范围内的值时,两种趋于一致;(3)坡面顶部的位移拐点和坡体塑性应变区贯通之间并不是同时出现,土体边坡稳定性评价的不同判别准则之间存在差异。建议实际工程中边坡稳定性评价考虑采用双面边坡甚至更复杂边坡分析模型,同时需综合利用边坡稳定临界状态的不同判别准则。
膨胀土边坡加固一直是铁路(公路)建设中的难题,常规刚性结构严格约束膨胀土变形,易使结构受力过大而破坏,柔性结构易使坡体变形过大而失稳,往往难以达到预期效果。本文提出钢管格栅膨胀土挡墙,合理协调结构的受力和变形,达到加固膨胀土边坡的目的:膨胀土做挡墙本体填料、土工格栅增强墙体整体性、纵向贯穿钢管提高墙体刚度。采用大比例尺相似模型试验,在模拟降雨条件下,对比该新型结构与常规结构的加固效果,通过监测挡墙水平位移、墙背土压力、钢管变形,研究钢管格栅膨胀土挡墙加固边坡机理。结果表明:钢管格栅挡墙与常规格栅挡墙相比,变形显著降低且更趋协调,承载能力明显提高,纵向贯穿墙体且深入地基的钢管有效改善了墙体的受力。研究成果可为膨胀土边坡加固结构选型及其构造设计提供理论参考。 膨胀土边坡加固一直是铁路(公路)建设中的难题,常规刚性结构严格约束膨胀土变形,易使结构受力过大而破坏,柔性结构易使坡体变形过大而失稳,往往难以达到预期效果。本文提出钢管格栅膨胀土挡墙,合理协调结构的受力和变形,达到加固膨胀土边坡的目的:膨胀土做挡墙本体填料、土工格栅增强墙体整体性、纵向贯穿钢管提高墙体刚度。采用大比例尺相似模型试验,在模拟降雨条件下,对比该新型结构与常规结构的加固效果,通过监测挡墙水平位移、墙背土压力、钢管变形,研究钢管格栅膨胀土挡墙加固边坡机理。结果表明:钢管格栅挡墙与常规格栅挡墙相比,变形显著降低且更趋协调,承载能力明显提高,纵向贯穿墙体且深入地基的钢管有效改善了墙体的受力。研究成果可为膨胀土边坡加固结构选型及其构造设计提供理论参考。
硬岩隧道开挖过程中的岩爆灾害与隧道围岩的应力状态密切相关,卸压爆破可减缓围岩体应力集中程度,是一种直接有效的岩爆防治措施。以巴陕高速公路米仓山隧道岩爆段卸压爆破为例,运用GDEM-BlockDyna(块体动力学仿真系统)软件进行考虑高地应力和岩体非均质性条件的隧道分步开挖数值模拟分析;将卸压爆破作为唯一变量,进行了两组方案(是否进行卸压爆破)的数值模拟对比分析,并结合微震监测数据,对隧道围岩卸压爆破效果进行检验。结果表明:在隧道围岩分步开挖过程(未进行卸压爆破)的模拟中,围岩出现起裂损伤,应力集中和局部裂纹贯通等现象,并可能诱发岩爆灾害;在围岩卸压爆破条件下,围岩应力集中以及损伤程度有所降低,岩爆风险得到抑制。对比两组模拟结果,损伤均集中于拱顶及拱底,损伤半径比值(卸压/未卸压)分别为3.4倍(拱顶)、1.47倍(拱底),损伤体积比值(卸压/未卸压)为5.36倍,但区域最大损伤量值从1(未卸压)降低到0.6(卸压),且围岩应力峰值降低约5 MPa,应力梯度降低0.8 MPa ·m-1,表明围岩仍具有自稳能力,岩爆发生风险降低。相关结果可为隧道高地应力围岩段实施卸压爆破和合理设计卸压爆破方式提供理论依据。 硬岩隧道开挖过程中的岩爆灾害与隧道围岩的应力状态密切相关,卸压爆破可减缓围岩体应力集中程度,是一种直接有效的岩爆防治措施。以巴陕高速公路米仓山隧道岩爆段卸压爆破为例,运用GDEM-BlockDyna(块体动力学仿真系统)软件进行考虑高地应力和岩体非均质性条件的隧道分步开挖数值模拟分析;将卸压爆破作为唯一变量,进行了两组方案(是否进行卸压爆破)的数值模拟对比分析,并结合微震监测数据,对隧道围岩卸压爆破效果进行检验。结果表明:在隧道围岩分步开挖过程(未进行卸压爆破)的模拟中,围岩出现起裂损伤,应力集中和局部裂纹贯通等现象,并可能诱发岩爆灾害;在围岩卸压爆破条件下,围岩应力集中以及损伤程度有所降低,岩爆风险得到抑制。对比两组模拟结果,损伤均集中于拱顶及拱底,损伤半径比值(卸压/未卸压)分别为3.4倍(拱顶)、1.47倍(拱底),损伤体积比值(卸压/未卸压)为5.36倍,但区域最大损伤量值从1(未卸压)降低到0.6(卸压),且围岩应力峰值降低约5 MPa,应力梯度降低0.8 MPa ·m-1,表明围岩仍具有自稳能力,岩爆发生风险降低。相关结果可为隧道高地应力围岩段实施卸压爆破和合理设计卸压爆破方式提供理论依据。

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