水-气耦合下的土质边坡稳定系数场分析

传统边坡稳定性分析方法仅对潜在滑动面进行整体稳定性评估,无法获取各点的安全系数.基于稳定系数场理论,综合考虑水-气耦合作用,对降雨条件下边坡稳定性进行分析.结果表明:1)稳定系数场法能够直观地体现水-气耦合作用下边坡的具体破坏区域,得到各点的安全系数;2)孔隙气压力对边坡降雨入渗有一定阻碍作用,并且随着降雨时间的推移阻渗效果愈明显,相同条件下降雨40 h时,两相流湿润锋深度较单向流减小了28.6%;3)相同条件下,考虑水-气耦合作用将降低边坡稳定性,以降雨40 h为例,两相流边坡失稳面积约为单向流的1.7倍.因此,在实际工程中对边坡稳定性分析时考虑水-气耦合作用,工程偏于安全.

位移监测分析大型土质边坡稳定性的应用研究

研究目的:大型不稳定土质边坡变形具有持续时间长、深部位移隐蔽性高及失稳破坏性大等特点。根据位移监测成果资料,结合斜坡体工程地质环境条件,研究坡体变形特征,分析位移变化机制,综合评价坡体变形趋势及稳定性。研究结论:(1)根据地表位移监测数据分析,坡体不同位置水平位移量差异明显,前缘最大,后缘最小;(2)根据深部位移监测数据分析,坡体处于蠕滑变形阶段,存在浅层和底层两个潜在滑面,浅层滑面埋深3~10 m,平均约6 m,深层滑面位于土石界面处,埋深25~51 m,浅层位移量大于深层;(3)综合分析地表位移及深部位移监测数据,坡体变形具有季节性和多层性特征,蠕动变形处于持续发展状态且呈加剧趋势;(4)本研究成果可为大型土质斜坡体稳定性评价工作提供参考。

公路土质路基振动压实特性数值模拟

采用ABAQUS有限元软件模拟压路机振动压实过程,研究不同碾压方式、碾压组合、松铺厚度D和压路机碾压速度V下路基土的动力响应与压实度变化规律。结果表明:不同碾压方式下最大竖向应力(S_(33))_(max)和竖向位移(U_(3))_(max)大小顺序为强振>弱振>静压,(S_(33))_(max)随碾压遍数N增加保持不变,而(U_(3))_(max)和压实度K在N=1时急剧增加;碾压组合对不同碾压方式下路基土体积应力p影响极小,碾压组合中碾压方式排列次序对路基土竖向位移U_(3)变化影响较大;组合1下不同松铺厚度的路基土竖向位移百分比P、压实度K值均大于碾压组合2,不同组合下D=40 cm时P、K值均为最大;在确定的松铺厚度下,碾压组合与碾压速度对P、K具有显著影响,碾压速度较小时P、K更大,但组合1条件下P、K关于碾压速度的差异较组合2显著。

风流扰动下露天矿土质路面粉尘运移规律研究

为降低露天矿土质路面粉尘质量浓度,提高清洁生产水平,采用气固两相流理论,建立粉尘颗粒起动模型,分析粉尘起动风速及变化规律,利用实验研究进行验证,并确立粉尘运移规律以及运动形式,选取正交实验极差分析各因素对起尘量影响显著性。研究结果表明:粉尘起动风速与粉尘粒径、含水率、负荷均有函数关系;起尘量在粒径、含水率、负荷、风速4种因素下呈现不同变化规律,与粒径、风速均呈非线性关系,与含水率呈负相关,与粉尘负荷呈正相关,影响显著性为:粒径>负荷>风速>含水率;粉尘运动形式与风速和粒径相关,在5 m/s风速下,(0,75]μm粒径粉尘易做悬浮运动,(75,500]μm粒径粉尘易做跳跃运动,(500,1000]μm粒径粉尘易做蠕移运动。研究结果可为降尘措施提供理论指导。

土质边坡非饱和渗流及其稳定性研究

为研究降雨过程及雨停后土质边坡整体渗流场及稳定性变化情况,运用FLAC^(3D)软件对其进行数值模拟分析,并采用室外降雨模拟试验验证模拟结果。研究结果表明:降雨入渗过程中从坡脚开始破坏,主要表现为浅层滑动;降雨停止初期,雨水会继续下渗,湿润峰深度持续下移,安全系数仍有下降的趋势;雨停中后期,随着土体水分的减少,安全系数开始回升;降雨强度与坡度的增大对边坡稳定性不利。研究结论为解决非饱和土流-固耦合问题提供新思路。

地震作用下双层土质边坡稳定性上限分析

为探究地震作用对双层土质边坡稳定性的影响,基于极限分析上限理论,建立了地震作用下双层土质边坡旋转破坏机构。采用拟静力法简化地震荷载作用,推导了双层土质边坡安全系数表达式。分析土体黏聚力比、边坡坡角以及地震作用对双层土质边坡稳定性及其滑动面参数的影响。研究结果表明:在水平地震作用下,随着黏聚力比的增大,边坡安全系数呈非线性增大且潜在滑动面变浅;当水平地震作用增强时,边坡失稳破坏范围显著加大;随着竖向地震系数及黏聚力比的增大,边坡安全系数略微降低;水平地震作用增强时,竖向地震作用对边坡稳定性的影响逐渐增大,此时需要考虑竖向地震的影响。

基于Swin Transformer目标全景分割的三峡库首土质滑坡识别

【目的】滑坡识别是解决山区地质灾害隐患在哪里的关键。尤其人工智能是深度学习方法开始被广泛应用于目标识别领域,但对于多植被山区复杂环境下的滑坡隐患识别,存在着模型单一、精度较差等问题。【方法】故文章提出一种基于Swin Transformer(Shift Windows Transformer)作为骨干网络结合目标全景分割的智能识别方法,对三峡库首区域土质滑坡开展识别。将三峡库首的485处土质滑坡制作成样本集,并分为训练集和测试集。将训练集加载进Swin Transformer模型中进行训练,模型采用自注意力机制对训练集提取特征,构建特征图,测试集验证特征图的识别精度,保留识别精度最高的特征图。最终以此实现滑坡目标与背景区域的有效区分进而完成隐患识别,同时与DeepLab V3模型进行对比。【结果】结果显示:Swin Transformer模型在识别精度和识别速度上都要高于DeepLab V3模型,在三峡库首的试验中准确率可以达到83.55%,单张图片预测时间为0.18 s。【结论】结果表明:该方法能够在多植被山区复杂环境下快速识别土质滑坡,可为多植被山区的滑坡灾害调查提供参考。

多源固废土壤固化剂固化粉土质砂力学性能试验研究

粉砂土易松散难压实,遇水易崩解,在填筑路基时易出现各种病害,严重影响公路的使用性能。采用水泥和石灰固化的粉砂土具有较高的强度和良好的路用性能,但水泥和石灰生产成本高且生产过程排放大量二氧化碳,环境污染严重。为改善粉砂土力学性能,降低固化成本及环境污染,将电石渣、粉煤灰等工业固废制备成固化剂,用于固化粉土质砂,并探究了固化剂掺量、压实度、养护龄期等因素对固化土力学性能的影响。试验结果表明:1)固化土的CBR、无侧限抗压强度和劈裂强度随固化剂掺量的增大先升高后降低,10%固化剂掺量的固化土力学性能最佳;固化土的CBR、无侧限抗压强度和劈裂强度都随压实度的增长而增加;2)固化剂掺量≥2%的固化粉土质砂,能满足《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)规定的上路床的填筑要求;3)固化剂掺量≥6%的固化粉土质砂,能满足《公路路面基层施工技术细则》(JTG/T F20—2015)规定的底基层的强度要求。

MICP加固土质排水沟边坡稳定性分析

【目的】探究应用微生物诱导CaCO3沉淀(MICP)固结土壤技术对于土质排水沟边坡稳定性的影响机制。基于土工直剪试验和数值模拟法研究不同工况下MICP加固的土坡稳定性,为MICP生物护坡措施应用于土坡加固提供理论依据。【方法】选用OD600=0.97的巴氏芽孢杆菌和1 mol/L的固结液(CO(NH_(2))_(2)∶CaCl_(2)=1∶1),固菌比为5∶3,添加15%固结液质量的脲酶抑制剂。布置4个试验土箱,设置对照组CK和固结组C1、C2、C3,对照组喷洒清水,设计入渗10 cm土层,固结组按先固结液后菌液顺序喷洒设计入渗5、10、15 cm土层。对固结后的风干土、饱和土、落干土进行直剪试验,利用直剪结果分析不同工况土坡稳定性。【结果】MICP处理的土体抗剪强度均有所提升;饱和处理后CK、C1、C2、C3的内摩擦角降幅为46.67%,39.73%,28.98%和27.85%,黏聚力降幅76.37%,62.83%,39.09%和51.62%,CK土坡处于欠稳定,C1、C2、C3土坡满足安全要求,黏聚力是影响边坡稳定的主要因素。【结论】MICP可以提高土质排水沟边坡的稳定性,其最佳固结深度是10 cm。

土质边坡数值模型稳定性的求解精度研究

为尽可能提高土质边坡模型在数值模拟求解过程中的精度,在前人研究的基础上引申了3个影响边坡模型稳定性精度的主要问题,一是模型边界尺寸应该如何确定,二是初始应力场的求解方法应该如何选择,三是边坡模型的网格划分应遵循什么原则可以满足模型的计算精度。基于此,以多个学者研究的典型边坡案例为研究对象,采用FLAC3D对以上3个问题进行了分析并解决。首先,讨论了目前模型边界尺寸确定存在的问题,引入数值模型的复合位移作为判据之一与边坡稳定系数共同确定新的模型边界尺寸原则,在前人基础成果上对边界尺寸原则进行了局部优化,精简了计算模型,并通过实例验证其正确性;其次,讨论了目前初始应力场搭建存在的问题,通过模型稳定系数云图、塑性区应变增量、坡顶位移综合分析弹性求解与弹塑性求解初始应力场的区别,确定了不同的适用情况;最后,分析了目前网格尺寸划分存在的问题,建立不同高度不同网格密度的边坡模型,确定了一种较为合理的网格划分原则。以上3种情况均采用大量边坡模型进行了准确性验证,并采用极限平衡法中的Corps of Engieers#1法及Bishop法作为校核,结果显示,边坡模型计算结果与极限平衡法计算结果极为接近,并且复合位移、最大剪应变增量等判据均满足应力应变分布规律,在一定程度上提高了土质边坡模型在数值模拟求解过程中的精度,具有普遍适用性。

飞机轮载作用下土质道面轮辙特征仿真分析

本文基于ABAQUS有限元软件建立了飞机轮胎-土质道面相互作用有限元模型,通过在预设土质道面上改变轮胎胎压、轮胎荷载和运行次数来分析三者对土质道面垂直应力分布和轮辙特征的影响规律,并建立在三者共同影响下的最大轮辙深度数学模型。结果表明,土质道面最大轮辙深度随轮胎胎压、轮胎荷载和运行次数的增大而增大。

双层土质滑坡临界滑动面判识与失稳机理研究

研究层状土质边坡的临界滑动面和失稳机制是岩土工程中经典的研究课题。聚焦引起边坡失稳破坏的不同诱发机制和触发因素,关注边坡的破坏模式和失稳过程,有利于提供更具针对性的加固措施。针对岩土工程中常见的非均质边坡,研发了适合双层土质边坡的有限元程序。研究了土坡在不同几何形态下,稳定性态、临界滑动面位置、失稳模式及破坏机制的演化规律;推导了非均质土坡的安全系数FS与土体特性和几何形态之间的内在函数关系式;提出了双滑面失稳机理与临界强度比的概念,给出了边坡稳定性态与失稳破坏的临界转折点和双滑面失稳的判别准则;揭示了双层不排水边坡的破坏机制,建立了不排水边坡稳定性态和失稳机理的相关设计图表。工程验证表明,计算所得的边坡稳定数及稳定状态与工程实际非常接近,该运算程序能够精准快速地判定潜在临界滑动面,准确评估边坡破坏机制,为双层土质边坡稳定性分析提供了新的思路和途径。

某营运高速公路类土质边坡的稳定性分析及加固设计

某高速公路类土质边坡表层为坡积土,下伏强风化—弱风化泥页岩,公路营运巡检中发现该边坡出现变形破坏迹象。对该类土质边坡变形破坏发展过程、成因及稳定性进行分析研究,研究结果表明,该边坡破坏形式为浅层牵引式滑坡,分别利用有限元强度折减法和瑞典圆弧滑动面法对边坡的稳定性进行分析计算,计算结果显示,正常工况下和非正常工况I(暴雨)下边坡都处于不稳定状态,经综合分析结合稳定性计算,提出采用封闭坡表裂缝+预应力锚杆格梁+仰斜排水孔进行治理,加固后的监测数据验证了边坡的稳定性和治理方案的可靠性。研究成果可为类土质边坡滑坡灾害防治提供参考。

风化花岗岩类土质边坡稳定性影响因素分析及防护设计研究

为研究广东丘陵地区风化花岗岩类土质边坡稳定性影响因素及防护措施,基于广州某区风化花岗岩类土质边坡项目,从地形地貌、地层岩性、气象条件特点等方面进行影响因素分析,并建立模型开展降雨强度、降雨持续时间对边坡稳定性的影响分析研究。从生态护坡角度研究并提出采用截排水设计与生态护坡结合的设计建议,从而更好地解决广东地区土质边坡发生浅层滑坡、崩塌型地质灾害的问题。

淤泥土质深基坑支护方案比选研究

本课题以滨海淤泥质地基为背景,以连云港-镇江连镇高铁灌云站综合客运枢纽前广场地下停车站为研究对象,以滨海淤泥性地层为主要特征,在设计无明确支护方式下以及汛期必然要迅速进行全线支护施工的难点问题,通过比较分析各种支护的安全性与经济性,提出了一种基于滨海泥土层的深基坑支护施工方法。确定了合理的支撑方式。研究成果显示,东侧连通通道采用拉森钢板桩+型钢支撑的形式,基坑东侧采用放坡开挖,坡面设置钢板桩体系,基坑西侧采用桩锚支护体系,支护桩采用600mm管桩,锚杆采用预应力锚索系统,保证了基坑稳定性、经济高效的完成了施工任务。

考虑水力耦合作用的降雨诱发土质滑坡过程数值模拟研究

为探究水力耦合作用对降雨诱发土质滑坡过程的影响机理,从边坡失稳和滑坡运动2个方面进行综合分析。结合Richards模型和无限边坡模型描述降雨入渗条件下土质边坡含水率、基质吸力及稳定安全系数演化,采用Iverson-George模型描述土质滑坡运动过程中内部孔压、速度及厚度演化,通过模拟土体非饱和入渗实验及深圳光明新区滑坡验证了模型的适用性;以含水率为衔接因子将降雨诱发土质边坡渐进失稳到滑坡运动相耦合,搭建可考虑水力耦合作用下降雨诱发土质滑坡全过程的数值模拟流程。结果表明:同一初始条件下,土体渗透系数越小,滑坡运动能力越强,土体趋于饱和时含水率越大,滑坡运动能力越强,相比于渗透系数而言土体含水率对滑坡运动影响程度较大。为描述水力耦合作用下降雨诱发土质滑坡过程提供了一种定量化的数值方法。

某高速铁路弱膨胀黏性土质路堑边坡变形演化特征

山区及丘陵地带高速铁路的修建易引发土质边坡位移变形,严重危害高速铁路安全运营。为研究广西某高速铁路黏性土质路堑边坡变形演化特征、探究边坡变形各项研究方法,本文利用星载合成孔径雷达干涉测量技术圈定边坡形变区域,以物探地震映像法时-频综合分析技术明确异常范围进而指导钻孔布置,辅以监测工作,详细探究研究区土质路堑边坡沉降变形机制。研究结果表明:(1)各项工作均可见由降雨导致小里程位置地基承载力下降,出现严重位移变形,受边坡整体性影响,中间里程位置岩土界面浅,以此为基点形成“翘板作用”引发大里程位置出现轻微上拱;(2)以综合方法为手段,提出以承载力和“翘板作用”两者为诱因共同影响土质路堑边坡位移趋势,为研究区病害整治提供了详实的基础资料,并可作为类似工程参考。

降雨型土质边坡稳定性三因素图谱评价方法研究

降雨是边坡工程易发环境中一个重要的触发因素。以安溪县某边坡为例,采用有限元法和强度折减法相结合的方法,综合分析降雨强度、持续时间和边坡稳定性安全系数三因素之间的关系,建立三者之间的三维关系数据图谱。通过三维数据图谱,直观表达了降雨强度、持续时间和安全因素之间的复杂关系,为边坡稳定性分析提供了新的视角和理解。结果表明:降雨强度和持续时间,对边坡安全系数和边坡变形有显著影响。建立降雨强度和持续时间的多因子三维图谱,由安全系数划分出边坡在不同降雨工况下的评价等级,更直观地表达了数据之间的变化趋势和交互特征。

不同制样方法条件下粉土质砂力学特性的试验研究

北疆供水一期工程渠基膨胀土受环境影响力学特性衰减严重并导致渠坡发生滑动破坏现象,采用粉土质砂对膨胀土进行换填处理,运行一定年限后渠坡仍发生滑动破坏。为深入分析渠坡破坏机理,采用静压、吸水、饱和-脱水三种制样方法模拟换填渠道完建期、通水期、停水期粉土质砂换填料力学状态,通过开展直剪、压缩、电镜扫描试验,从宏-微观角度分析其力学特性规律及物理机制。研究结果表明:(1)宏观力学试验:不同制样方法试样随着含水率增加,c、φ、E_(s)值整体呈现下降趋势,压缩指数呈上升趋势,回弹指数呈波动变化。随着含水率增加,吸水试样c、φ、E_(s)值始终小于另外两种制样方法试样,静压与饱和-脱水试样c、φ、E_(s)值之间的关系以最优含水率(ω=12.2%)为界限存在明显差异,当ω≤12.2%时,饱和-脱水试样c、φ、E_(s)值高于静压试样;当ω>12.2%时,静压与饱和-脱水试样c、φ、E_(s)值无明显差异。(2)微观物理机制:受结合水膜、易溶盐、黏土矿物等因素的影响,粉土质砂经历吸水/饱和-脱水后孔径会发生扩张/收缩,相较于静压试样,吸水/饱和-脱水试样中、大孔隙占比增加/减少,小孔隙占比减少/增加,宏观上表现为c、φ、E_(s)减小/增加,其中当ω>12.2%时饱和-脱水试样只是微孔隙发生变化,因此宏观上与静压试样强度指标无明显差异。由此表明经历吸水或饱和-脱水后粉土质砂换填料孔隙结构变化复杂,强度不稳定,是渠坡发生滑动破坏的一个重要诱因。(3)函数关系预测:通过建立静压与吸水、饱和-脱水试样强度指标之间的函数关系,预测换填渠道不同时期粉土质砂力学指标大小及规律,得出静压试样与吸水、饱和-脱水试样c、E_(s)值呈指数相关,φ值呈线性相关;采用粉砂土对静压与饱和-脱水试样c、φ值间的关系进行验证,发现其函数形式与粉土质砂一致,表明这可能是砂土共有的性质。研究结果可为北疆供水一期工程粉土质砂换填渠道的安全运行提供参考。

土质密度法应用于河湖底泥分层的可行性研究

目前河湖底泥分层标准主要依据为含水率和孔隙比2个物理特性指标,而常用的声波底泥调查技术只能获取底泥密度,无法直接获取底泥含水率与孔隙比指标。基于此提出了基于土质密度法代替含水率和孔隙比对河湖底泥分层的新方法,并在上海青浦区淀山湖水域内进行了试验研究,研究结果表明了该方法的正确性与可行性。