桥梁上跨巨型岩溶洞穴的地质特征及失稳模式分析

某高速公路桥梁基础位于巨型岩溶洞穴上部,为论证桥梁方案的可行性,通过综合勘察方法查明了溶洞的形态及地质特征,并分析岩溶洞穴的稳定状态,结果表明,该岩溶洞穴目前处于稳定状态,顶板岩体质量等级为Ⅲ级。分析结果为后续的稳定性评价及桥梁基础设计提供了详实的地质基础资料,可为类似工程提供参考。

双主跨悬索桥静风失稳模式及其机理分析

随着双主跨悬索桥的广泛应用和跨度的增大,需要研究其静风稳定性能,以确保桥梁的安全稳定运营.采用风荷载增量与内外迭代方法,编制相应分析程序,对三座结构体系不同的双主跨悬索桥静风稳定性进行非线性全过程分析.通过与单主跨悬索桥静风失稳形态及双主跨悬索桥自身失稳形态的比较,得到了双主跨悬索桥静风失稳形态的典型特征,重点提出并阐述了双主跨悬索桥的两种静风失稳模式——双侧反对称失稳模式和单侧非对称失稳模式,并详细探讨了这两种失稳模式的产生机理.

基于离散元的采空诱发山体滑塌失稳模式研究

采空诱发的山体崩滑是煤矿山区常见的一类灾害形式,为明确采动作用下采空山体的变形失稳模式,对典型采空控制型滑坡进行现场调查,采用颗粒离散元方法模拟单层采空与三层采空两种工况下反倾煤层斜坡的失稳破坏过程,并对斜坡变形过程中裂纹扩展及岩体破碎特征进行分析。结果表明:(1)单层开挖工况中,煤层开挖后顶板区域会产生拱圈型的变形带并随之演化为冒落岩体,多层开挖的采空区间隔岩体则会发生弯曲状沉陷垮落,形成大面积的岩体破碎;(2)不同开挖工况下,冒落带形成及应力重分布初期,斜坡内部裂纹演化及岩体破碎皆较为缓慢,顶板冒落及岩层弯曲断裂阶段为岩体断裂破碎的关键阶段;(3)反倾煤层采空控制型山体失稳模式主要为煤层采空-顶板拱圈状冒落-内部岩层弯曲沉陷-后缘拉裂破碎-坡脚锁固区失效-破碎岩体浅层滑动。研究结果为采空控制型斜坡失稳机理分析提供了新的方向,为矿区滑坡灾害的防治提供了科学依据。

基于失稳模式自适应捕捉的暂态稳定评估方法

在电力系统暂态稳定评估(transientstabilityassessment, TSA)问题中,普通机器学习算法数据挖掘能力的有限性阻碍了TSA模型评估精度的进一步提高。针对此问题,以电力系统数据的不同失稳模式为切入点,提出了基于失稳模式自适应捕捉的TSA方法,构建了由多个子评估模型和一个失稳模式判别模型组成的自适应判稳组合模型。首先,根据失稳模式的不同对原始数据集进行分类,分别训练多个针对不同失稳模式的子评估模型。然后,利用失稳模式判别模型输出的权重值对子评估模型进行集成,自适应完成对输入数据失稳模式的捕捉。最后,在IEEE39节点系统和华东电网系统中进行测试验证。仿真结果表明,所提方法在降低不稳定样本漏报率的同时进一步提高了模型评估精度,验证了该方法的有效性。

深部原生煤岩组合体三轴压缩破裂特征与失稳模式

【目的】深部含煤地层原生分界面及其层状组合结构发育,在开采扰动作用下,层状煤岩体的原生组合结构破裂失稳是诱发突水等灾害的主要原因之一。【方法】为研究深部开采原生煤岩组合结构对层状岩体稳定性的影响,室内开展三轴压缩破裂试验及CT扫描重构,获得深部原生煤岩组合体与煤、岩单体破裂的差异,分析深部原生煤岩组合体分界面及其胶结区域的强度变化规律,划分其三轴压缩失稳的主导模式为低强度煤、原生胶结面及高强度岩石失稳3种,揭示各主导模式形成的力学机制,明确煤岩组合体失稳强度介于低强度煤与高强度岩石之间的力学机理。【结果和结论】结果表明:深部原生煤−岩及煤−岩−煤组合体的失稳强度介于煤、岩单体之间,前两者大小与其岩石含量及界面结构相关;原生界面区域煤的抗压强度变化速率对泊松比、黏聚力与内摩擦角等参数变化敏感,并远高于岩石;低强度煤的主破裂可穿越原生分界面,促使硬岩产生类似于含单裂隙结构面岩石的破裂机制,并导致组合体的失稳强度低于岩石单体。研究成果提升了对深部开采层状岩体失稳致灾机理的认识。

采动扰动下阶段嗣后充填采场失稳模式综合分析

为了明确某矿阶段嗣后充填(SBF)采场破坏事故原因,采用数值模拟分析结合现场监测的手段,研究SBF模式下充填体采场在不同分段开挖扰动过程中矿岩体的应力状态、位移变形和塑性区变化特征。结果表明:开采扰动对SBF采场围岩及周边巷道影响具有明显的区域特性,最大开挖效应区出现在围岩及盘区矿柱周围;不同分段的开采活动对采场顶板位移影响程度不同,在第2分段开挖过程中,导致矿房顶板的垂直位移增量最多,第3分段开挖时易形成矿柱应力集中发生剪切滑移破坏,同时也使位于矿柱内部邻近空区的巷道侧壁发生垮塌;SBF采场矿房顶板围岩以拉剪带为主,矿柱受剪切作用明显的破坏模式,现场监测结果与数值模拟的结果一致。结果可为全面认识该矿SBF采场破坏事故的规律和机理、明确SBF采矿方法采场安全潜在的危险源提供参考,还可为其他类似矿山提供安全借鉴。

某水电站2#倾倒体时效变形及失稳模式的离散元分析

为深入研究倾倒体变形破坏全过程特征,以某水电站消力塘左岸2#倾倒体为例,在野外调查基础上,利用离散元模拟,从模型时效变形及变形机理出发,分析该倾倒边坡在现状及地震作用下的失稳模式。结果表明:当边坡变形累积到一定程度,不稳定地质体将发生失稳,其位移表现为宏观的快速增加,若地质体的失稳是强震触发的,其位移还具有一定的“震荡”特征;倾倒边坡前期或前中期的变形破坏以沿结构面的剪切错动为主导,之后,随着拉张效应的逐渐积累,变形转为以沿结构面的拉张破裂为主;地震作用下,边坡中质点的水平速度及加速度均有高程放大效应,其中加速度放大系数大于速度放大系数,边坡破坏时,由于动力波的加速效应及岩体弹性应变能的释放将获得较大的水平加速度,表明岩体中的弱面对于岩质边坡的稳定性起控制作用;现状条件下,2#倾倒体整体稳定,其失稳模式以浅表层岩体的局部垮塌或沿小型山脊的滑塌为主,而遭受地震时则有整体失稳的可能,若整体失稳,其失稳过程应为:表层松动岩体率先垮塌、滚落→坡体震裂松弛→形成“滑移-拉裂”型滑坡。

花马湖连通工程边坡失稳模式及应对措施研究

为了解决花马湖上湖与中湖水系连通工程的沿线边坡失稳问题,以开挖施工过程中发生的边坡失稳情况为基础,对边坡失稳机理、变形破坏特征及产生地质条件进行系统分析,提出四类边坡失稳模式,即均质蠕滑-拉裂型(Ⅰ型)、缓-中倾顺向坡滑移-拉裂型(Ⅱ型)、块体结构楔形块体剪切-滑移型(Ⅲ型)和复合型(Ⅳ型)四类,并根据每种类型的失稳主控因素提出相应的应对措施。结果表明:对于Ⅰ型边坡不宜太陡,全强风化基岩开挖坡比1∶1~1∶0.75较适宜,及时对边坡进行喷护;对于Ⅱ型边坡主要采用锚杆(索)进行系统加固和锁口处理;对于Ⅲ型是对不稳定块体及时进行加固或清除处理,加固手段主要根据块体大小可采取不同长度锚杆(索);对于Ⅳ型应结合地质地形条件找出关键边坡失稳模式,采取相应的应对措施。针对不同地质条件所采取的不同开挖坡比和锚杆支护措施,取得了较好的效果,可为类似边坡工程提供参考。

山西代县崩塌发育特征、失稳模式及影响因素

对山西省代县1998—2018年发生或现存的28处崩塌基本数据特征进行了调查统计,并进行分析研究。旨在查明区域内崩塌灾害体危害,为当地经济可持续发展、灾害监测预报、防灾减灾工程等可行性研究提供了可靠的依据。结果显示:在时间域上,崩塌呈现出集中分布的规律,具有明显的年周期变化规律,雨季集中,汛期(5—9月)高发,冻融季次之,灾害点分布于多年平均降雨量400~700 mm的区域内。在空间域上,不同地貌区崩塌的发生数量有明显差异,南北两侧山区分布较集中,沿河谷两侧呈条带状分布。代县土质崩塌存在倾倒式、滑移式、拉裂式和错断式四种变形模式;基岩崩塌主要有错断式、倾倒式和拉裂式三种变形失稳模式。影响因素包括降雨、地形地貌(坡高、坡向、坡度、坡形)、河流侵蚀、冻融作用及植被与人类工程活动等。其中,人为因素和大气降雨二者的双重作用是诱发崩塌最活跃、最积极的因素,其他地质环境因素对崩塌发育影响相对缓慢。因此,从探究该地区崩塌发育特征、变形失稳模式来看,进一步研究其影响因素,对探究该地区地质灾害的成因机理、破坏机制以及后续的防治有重要的科学实践意义。

基于有限元的水泥固化土坝体填筑失稳模式分析

为明确水泥固化土坝体的失稳模式及服役性能,以水泥固化土填筑水库大坝工程为背景,采用数值模拟方法计算水泥固化土坝体的稳定性,分析了坝体的潜在滑移形式。研究发现,水库水位的变化及雨水的渗透对大坝稳定性有明显的负面影响,应加强监控并提前采取相关预防措施。研究结果为水泥固化土坝体的施工及运营提供参考。

陡倾泥岩路堑边坡失稳模式研究

文章根据研究区路堑边坡地质情况,对路堑高边坡的稳定性进行了定性及定量分析评价,结合项目的施工监测数据,对边坡施工过程中的位移趋势进行分析,提出了在坡脚区增设锁脚锚杆、加强坡面防护的措施,并通过运营监测验证了该边坡支护措施是有效的。

互联电网失稳模式演化现象及其影响因素分析

随着电网规模的扩大,一些非常见的动态行为引起了关注。基于扩展等面积准则(EEAC)识别主导模式及多摆失稳的理论,分析了局部地区短路故障导致跨大区互联电网首摆和第2摆两种失稳模式之间变化的现象,阐明了随着系统参数、控制策略变化的系统失稳模式演化机理。分析了领前群内非同调特性对切机控制效果的影响,指出短路点近区机组加速导致大区电网内负荷功率和直流外送功率减小,恶化了大区机组的稳定性。通过实际算例仿真验证了分析结论。

电力系统混沌现象与不同失稳模式之间的关系

电力系统混沌现象与随机的往复振荡相似,在电力系统安全运行中是绝对不允许出现的,同时又由于混沌现象本身的复杂性,它的存在必然对电力系统稳定性研究和失稳预防等工作产生很大的影响。该文研究的重点是弄清楚馄沌现象与系统不同失稳模式之间的关系和混沌现象在系统失稳发展过程中所处的实际位置。该文在研究过程中发现、并以示例分析了由于混沌极限环破裂(即混沌的稳定状态消失)而导致系统电压崩溃、角度失稳及电压和角度同时失稳的现象,后两种现象属于首次报道和首次研究。这些现象的存在表明,混沌现象可能是做为电力系统大扰动 失稳过程的一个中间阶段而存在。

多级旋转黄土滑坡形成机理及失稳模式

我国黄土高原面积广阔,地质灾害频繁发生。多级旋转黄土滑坡因其特征和成因复杂成为一种特殊的灾害类型。在野外详细调查、工程勘察的基础上,分析宝鸡渭北台塬边和永靖黑方台塬边多级旋转滑坡基本特征,认为渭北台塬大型黄土-红层多级旋转滑坡主要受新构造运动、河流的侧蚀、地层岩性等因素控制形成,黑方台的浅层旋转黄土层内滑坡和黄土-泥岩多级旋转滑坡则是长期黄土塬大面积漫灌的结果。同时首次建立了多级旋转黄土滑坡的3种形成演化模式:扩展式旋转滑坡、渐灭式旋转滑坡和复合式旋转滑坡,并进行滑坡实例分析,提出多级旋转滑坡局部蠕动挤压、滑坡加速剧滑失稳、滑坡调整稳定、后缘新滑坡孕育变形和滑后稳定调整5个变形阶段,为这类滑坡的稳定性评价奠定了基础。

一种多频振荡场景下的失稳模式划分方法

将多机系统在大扰动下的运动划分为机群间的相对运动和机群内各机组间的相对运动,据此将全系统的暂态能量分解为群间暂态能量和群内暂态能量。通过分析原系统群间暂态能量的变化规律并根据能量壁垒准则得到原系统的失稳时间tm;通过分析子系统群间暂态能量的变化规律得到子系统的临界解列时间tn;通过比较tm和tn与故障清除时间tc之间的关系将多频场景下的失稳模式划分为相继两群失稳、严格多群失稳及不严格多群失稳3种模式。此外,还针对不同的失稳模式给出了相应的解列方法,对多频场景下的解列策略具有一定的指导意义。最后,通过实际电网模型对以上分析结果进行了仿真验证。

细粒含量对泥石流斜坡失稳模式与规模的影响

为了研究泥石流土体的细粒组分(d≤0.075 mm)在降雨入渗和渗流过程中对泥石流孕育与启动机理的影响,利用自制的泥石流模型槽,采用3种细粒含量的土体制作室内斜坡模型,进行了人工降雨诱发斜坡泥石流试验,研究了泥石流土体斜坡在降雨入渗过程中坡面产流的形成特点、水土流失特征以及斜坡失稳模式。试验结果表明:斜坡细粒在雨水入渗过程会发生分散流失而使坡面表层土体粗化;细粒含量较高斜坡中分散的细粒会随雨水入渗向深部运移堵塞孔隙而降低土体的渗透性(入渗容量),湿润前锋未扩展到下卧土-岩界面就发生坡面产流与坡体破坏,且破坏面距湿润前锋较近(仅数厘米),破坏模式先为块体的滑动-流动破坏,然后为沟道侵蚀,土体流失规模与雨强、细粒含量有关;细粒含量较低斜坡的破坏模式为牵引式的滑塌,但试验过程中未发生大规模的土体流失,细粒分散运移作用对低细粒含量土体孔隙的堵塞效应不明显,而在土-岩界面处形成了较稳定的携细粒水流。斜坡土体细粒含量对斜坡破坏模式和坡面产流的形成有重要作用,考虑坡面产流影响的斜坡稳定性分析模型得到的安全系数更接近实际情况。

坪上隧道口危岩落石失稳模式及运动特征分析

研究目的:在建成都至贵阳铁路坪上隧道进口上方仰坡高陡,危岩落石发育,一旦失稳则造成的危害极大,严重影响铁路施工及运营安全。因此需通过分析研究坪上隧道进口危岩落石的形成机理、失稳模式及破坏后的运动特征,以确定危岩落石的失稳滚落概率及路径,并提出有针对性的整治、防护措施,同时也为其他山区铁路遇到危岩落石不良地质时提供调查、分析、计算方法及工程防护措施的参考。研究结论:(1)在基于现场调查及实测工作基础上,将坪上隧道进口危岩落石失稳划分为4类破坏模式;(2)通过对落石运动的模拟,确定了隧道洞口上方约有6%的危岩体失稳后将对洞口及桥梁构成危险;(3)提出了隧道洞口危岩落石整治方法及设置防护的具体位置和措施,从而确保铁路施工及运营安全;(4)该研究成果可应用于危岩落石不良地质工程的勘察及设计中。

不同变形失稳模式下隧道围岩稳定性判据研究的进展

计算机模拟隧道围岩失稳研究的困难在于失稳模型不清楚、失稳判据不明确。本文综合分析了目前国内外应用的隧道稳定性判别方法,总结了不同变形失稳机制下的计算模型及其量化的破坏判据,分析了各种方法的研究进展和存在局限,为围岩稳定性数值模拟提供快速、合理、可操作的判据。

应用临界失稳模式预测判断电力系统解列面的新方法

为故障后临界失稳的电力系统确定解列断面以平息系统振荡可以防止系统完全崩溃。文章首先在基于流形变换的方法预测电力系统临界失稳模式的基础上,用预测到的临界失稳模式对系统中的发电机进行分群;然后将系统接线图转化为节点带权的无向图,用图论的方法寻找应切除的支路集合,使得每个机群的不平衡功率最小,从而构成系统的解列面:最后采用新英格兰10机39节点系统作为算例,用预测到的临界失稳模式搜索、判断系统故障后的解列面。后续仿真表明,按上述方案解列系统能够尽快平息各机群的振荡。

软土地基沉箱防波堤失稳模式及稳定性分析方法

针对现阶段深水软黏土地基防波堤建设的设计理论和稳定性分析方法尚不成熟,结合实际工程,采用三维弹塑性有限元数值分析方法,研究在水平或竖直单一方向荷载以及复合加载条件下软黏土地基上沉箱防波堤的失稳模式,提出破坏包络线的稳定性判别方法。在波浪水平荷载作用下,深水软基上沉箱防波堤发生倾覆失稳破坏,失稳转动点为沉箱底面以下中轴线偏右的某点,不同于规范中规定的岩石或砂质地基沉箱倾覆转动点为其后踵点;在重力等竖向荷载作用下,沉箱的失稳模式为结构整体下陷,抛石基床及地基形成连贯的塑性区域,呈现较明显地冲剪破坏形式;在水平、竖向复合荷载作用下,软基上沉箱防波堤的破坏包络线由结构倾覆破坏线和地基承载力破坏线组成,包络线将荷载组合区分成稳定区、仅发生水平承载力不足倾覆破坏区、仅发生地基竖向承载力不足破坏区、同时发生水平承载力和地基竖向承载力不足破坏区4个区域。研究成果为深水软基沉箱防波堤建设提供参考和借鉴。