基于落石模型试验的棚洞垫层力学响应及优化设计

结合边坡落石灾害现状,基于落石模型试验,系统分析落石质量、下落高度、垫层厚度、加筋位置、加筋材料等因素对落石冲击力及其动态演化的影响,揭示落石冲击棚洞的动力响应规律,结合垫层自重与落石冲击作用双因素影响确定垫层最优厚度,并对垫层设计提出优化建议。结果表明:随着垫层厚度增加,棚洞所受落石冲击力呈非线性减小,减小幅度先大后小而后趋于稳定;在同一垫层厚度下,棚洞所受落石冲击力随落石高度和落石质量近似呈线性增大;当复合垫层设计为“5 cm河砂+聚苯乙烯泡沫(EPS)+10 cm河砂”时,落石中心处土压力峰值相较于纯河砂垫层降低约60%,缓冲耗能效果最佳;通过多元回归分析得到了落石冲击力计算公式,且计算结果与实验数据吻合良好。

双圆盾构隧道开挖引起邻近桩土位移试验研究

双圆盾构隧道具有比单圆盾构隧道复杂得多的断面形式,由此引起的邻近土体和桩的位移特征比较复杂。采用自主设计研发的双圆盾构隧道透明土试验装置,通过分析隧道上方水平与竖直地层位移特征、隧道周围土体位移云图、桩及桩周土体位移规律,系统探究不同埋深的双圆盾构隧道掘进引起的邻近桩-土位移响应。结果表明:随着双圆盾构隧道埋深增加,最大地表横向位移先增大后减小,最大地表沉降逐渐降低,隧道顶部沉降逐渐增加,沉降曲线形状由地表到隧道顶部呈“U-V-W”形的逐渐过渡;地表横向位移和隧道纵断面上方沉降分别在盾尾经过监测面(桩轴线位置)0.7D和0.6D(D为隧道开挖直径)后达到峰值并趋于稳定;随着覆土深度的增加,竖向地层的横向位移先减小后增大再减小,横向位移峰值位于隧道中心同一水平处,而土体沉降呈先慢后快地减小变化;邻近桩基对桩侧土体位移具有限制作用,桩基整体发生下沉和偏转;埋深为1.5D时的桩-土位移明显大于埋深为1.0D和2.0D时的桩-土位移。

慈竹对小型落石的拦截效果分析

落石灾害是我国西南地区常见的一种小型崩塌。落石对下方公路、桥梁、铁路等基础设施安全造成严重威胁。因此,如何对落石进行有效的拦截就显得尤为重要。常见的拦截设施,如拦石沟,拦石网,挡墙等,在布设时极易受地形、施工等因素的限制,有时难以大面积地布置,导致拦挡效果大为减弱。我国的西南地区生长着大量慈竹,慈竹具有生长快、繁殖能力强、抗弯折等特点,对落石具有很好的拦截效果。文章通过模型试验与数值模拟相结合的方法,对慈竹的抗冲击能力进行了研究并提出了慈竹拦截小型落石的方案。结果如下:(1)慈竹破坏所需能量随着直径和壁厚的变大而上升,随着年龄、长重比和长径比的增大而降低;(2)一丛慈竹在抗冲击过程中最少能消耗3975.55 J能量,最多能消耗10890.88 J能量;(3)结合CRockfall软件进行慈竹落石拦截效应计算,结果显示拦截边坡高度43 m、直径0.5 m的危岩,需栽种2列3行6丛慈竹。

落石冲击力计算方法

针对现有落石冲击力算法计算所得结果严重偏小的问题,提出应考虑落石冲击过程中落石重量和反弹效应对落石冲击力的影响,并基于冲量定理和在日本道路公团算法以及有关试验数据的基础上研究新的落石冲击力计算方法。通过法向恢复系数引入落石反弹效应计算项,通过定义落石冲击力放大系数建立落石最大冲击力和平均冲击力之间的联系,从而导出适用于不同冲击速度、不同缓冲土层厚度和不同冲击角度的落石最大冲击力算法,并给出对应于工程中常见落石尺寸和冲击速度的冲击力放大系数取值曲线。通过实例验证了利用该算法和冲击力放大系数取值曲线可解决工程中有关落石冲击力的计算问题。

基于落石运动特性分析的拦石网设计理念

危岩是我国山地一种主要地质灾害类型,拦石网是近年应用的一种落石柔性被动防护系统。当前研究一方面重拦石网系统本身,轻落石运动特性,缺少初始运动参数;另一方面落石运动研究成果没有同拦石网系统特点相结合。本文将落石运动简化为综合摩擦运动,进行了危岩威胁区域预测。将落石在坡面运动状态归结为跳跃、滚动和滑动,并以危岩起始运动速度作为初始速度,通过分段计算得到落石沿坡面的完整运动路径。最后,根据落石运动特性计算结果,结合拦石网系统特点,提出了拦石网基于落石特性计算布设的原则和方法。工程应用表明:同传统刚性被动防护系统相比,拦石网环境适应性好、施工影响小、造价低、工期短。

落石碰撞切向恢复系数的取值研究

切向恢复系数是落石运动轨迹计算和被动防护系统设计的重要参数之一。通过不同坡面状态、落石形状和质量的落石模型冲击试验,进行落石碰撞切向恢复系数研究。结果表明:落石的形状对切向恢复系数无明显影响;落石质量、坡面状态、坡度、下落高度对切向恢复系数的影响较大,切向恢复系数随坡面由软到硬以及落石质量的增大而逐渐增大,随碰撞坡面坡度和下落高度的增大而逐渐减小;各种试验条件下切向恢复系数基本均在0.4以上,占总试验次数的98%,0.5以上的占93%,0.9以上的占25%,表明在碰撞过程中,落石切向速度的损失有限,在当前落石运动路径模拟中,现有切向恢复系数取值在部分情形下偏小,可能导致被动防护设计安全储备不足。综合考虑坡面状态和坡度2个因素,给出了不同条件下切向恢复系数的建议值。在实际取用时,坡面越硬、坡度越小则取区间内高值,反之,则取区间内低值,或直接采用区间随机取值。

基于落石计算的半刚性拦石墙设计

为克服传统刚性拦石墙截面大、场地适宜性差、抗冲击能力有限的不足，提出一种半刚性拦石墙结构。该结构以桩板体系为主要受力构件，背后填筑缓冲土堤，在有效增强结构抗冲击力能力的同时，保证结构体系布设的灵活性和场地的适宜性。半刚性拦石墙的布设应在对陡崖沿线所有代表性剖面落石运动路径预测和弹跳高度计算的基础上，结合现场地形情况，优选坡度缓、落石弹跳高度小、运动速度小、远离被保护对象的位置，其走向延伸长度选取保护区段长度加5～10m长的安全储备，有效拦截高度选取走向沿线各计算剖面落石最大弹跳高度加1m高的安全储备。改进了落石冲击力计算方法，并以落石对缓冲土堤的冲击力和土压力为荷载依据进行半刚桂拦石墙的结构设计。

落石冲击力计算方法的比较研究

落石冲击力计算依赖于一些半经验半理论的算法,但这些算法的适宜性、合理性一直未能得到充分讨论和厘清。本文选择国内外代表性的5种冲击力算法,在设定落石尺寸、自由落高和缓冲土层厚度下进行冲击力计算结果的系统对比分析,发现国内有关规范推荐的落石冲击力算法实际计算的是落石冲击过程平均冲击力,而并非最大冲击力,从而导致工程应用中冲击力计算结果严重偏小,应是落石冲击力作用下结构开裂和失效的原因。相应地,以日本道路公团算法为代表的基于落石现场冲击实测冲击力拟合得到的经验算法比较符合实际,建议引入使用,但其不足在于不能反映冲击角度、缓冲土层厚度等对冲击力的影响,要圆满解决落石冲击力计算问题需要在以上各方面进一步努力。

落石运动模式与运动特征现场试验研究

落石试验是寻找落石运动敏感因素、探求运动规律和获取运动参数的较好方法。为厘清落石形状、块度大小和运动模式对其运动特征的影响规律,进行了112块落石现场试验;以落石形状、质量和运动弹跳次数为变量,统计分析了水平运动距离、运动速度的变动规律。试验结果表明:不管何种形状落石,运动模式均为滚动和弹跳,无明显滑动段;切坡平台和公路内侧沟槽拦截了59%的试验落石,显示出了良好的拦截能力,可考虑作为被动拦截措施;近球形、方形和短柱状落石水平运动距离、运动速度等均较大,且运动特征类似,而长方形、片状落石运动能力较差,且同长柱状落石运动特征相似,综合而言落石圆柱状假定较球形假定应更符合实际;落石质量越小则运动能力越差,但随机性越大;落石以滚动模式为主时动能损耗大,弹跳为主时则水平运动距离和运动速度较大,落石同坡表的碰撞会急剧改变落石的运动参数与方向。

滑坡灾害过程耦合机制与方法研究

在三峡库区,沿江公路、城镇基础设施等所在区段,往往也是库岸再造、滑坡灾害多发地段。在基础设施修建过程中,有土石方开挖和填筑过程,期间还可能有不利的降雨过程、库水位浸泡过程、库水位降落过程、滑坡前缘冲蚀与淘蚀过程等等,这些过程耦合作用对滑坡稳定性有何影响,是滑坡工程评价和治理的关键。提出滑坡稳定性过程耦合机制及方法的新观念,并通过算例分析发现,对滑坡稳定性而言,水体入渗、前缘开挖、后缘填筑过程,均会降低滑坡稳定性。一般而言,水体入渗过程造成的滑带土抗剪强度参数衰减影响最显著,出现不利过程耦合时,对滑坡稳定性有灾难性影响。由于存在过程耦合作用的效果问题,因而在建设过程中应采取合理的施工步骤。

汽车荷载对滑坡稳定性的影响分析

当前滑坡防治工程设计中，没有考虑汽车荷载对滑坡稳定性影响。将汽车荷载简化为移动恒载和汽车动力荷载，其中移动恒载量值介于2．34～6．41kPa之间，并以冲击系数表征汽车动力荷载，冲击系数肛介于0．1～0．4之间。并采用工程界常用的多种稳定性分析方法，结合算例，通过不考虑同考虑汽车移动恒载载、汽车动力荷载的滑坡稳定性分析对比，发现对于公路从滑坡下滑段通过的浅层滑坡（8m以内），不考虑汽车荷载同考虑汽车移动恒载相比，稳定性系数要高4．3％～11％，不考虑汽车荷载比同时考虑汽车动荷载时稳定性系数要高5．8％～12．1％，即不考虑汽车移动恒载、汽车动力荷载的影响会人为提高滑坡的稳定性系数，且量值不可忽略。对于中厚层滑坡或公路从滑坡抗滑段通过情况，汽车荷载对滑坡稳定影响微弱，可以不予考虑。

基于AHP-Fuzzy方法的危岩危险度评价

危岩影响因素复杂,具有多因素、模糊性和不确定性.文中在危岩发育影响因素分析的基础上,运用层次分析模型,量化各影响因素的权值矩阵,并将该权值矩阵引入模糊综合评价,通过将层次分析法和模糊评价有机结合,提出了危岩危险度AHP-Fuzzy综合评价方法.通过工程应用,及同当前通行稳定性计算方法的对比分析表明,本文方法具有较好的可靠性,而且该方法使危岩危险度评价建立在部分定量、部分定性、易获得的指标之上,避免了传统方法对勘查质量、岩体参数的高要求.

落石运动过程偏移与随机特性的试验研究

通过112块不同形状、不同质量的落石现场滚落试验,发现落石形状、质量和运动模式对落石偏移比有显著影响。落石越接近球形、质量越大、运动模式越单一,其偏移比越小,反之则会出现较大的偏移比和横向威胁范围;试验中绝大部分落石的偏移比大于0.1,但均在0.3以内。鉴于此,建议在实际落石防护工程设计中落石偏移比取0.3,以控制落石横向威胁范围;或依据落石灾害危险性评价结果和可接受风险水平确定落石偏移比的取值。通过9块试验条件近似的落石试验表明,落石运动过程充满随机性,在落石运动路径计算方法中应考虑落石运动过程随机特性的影响,这对于落石灾害威胁区域的划定和被动防治系统的布置非常重要。

万州地区危岩发育的典型成因

三峡库区危岩灾害极其发育,万州地区具有代表性。通过对该地区危岩条件进行系统分析,得出的结论是:万州向斜等地质构造,陡峻的河谷阶地、方山台地地貌,近水平产状的软硬相间砂泥岩互层,岩腔及裂隙极其发育等,是当地危岩发育的内在原因;河流切割、卸荷和风化作用是危岩发育的外部原因,地下水对危岩发育也有重要影响;而暴雨和人类工程活动是危岩失稳的主要激发因素。

隧道洞口坡段落石灾害危险性等级评价方法

出于隧道洞口坡段落石灾害防治决策的需要,针对铁路和公路的隧道洞口及交通运营特点,从落石致灾可能性(包括危岩崩落可能性、落石达到洞口区域可能性)和致灾严重性2个方面对落石灾害危险性等级进行综合评价,据此定义隧道洞口坡段落石灾害危险性分级指标,并在量化评分各影响因子的基础上,建立隧道洞口区域落石灾害危险性等级评价方法。将该方法用于8个隧道洞口的落石灾害危险性评价,结果表明该方法能够满足落石防治决策需要,并可为落石运动路径、速度、动能等计算设定风险等级。

改进BP-NN在三峡库区滑坡稳定性分析中的应用

运用改进的BP-NN,构建了三峡库区滑坡稳定性分析的神经网络方法,并选择30个三峡库区典型滑坡作为样本及算例,BP-NN方法同传递系数法分析结果的对比表明,本方法具有较好的可靠性。此外,本方法输入参数易得,对勘察质量和滑带土等参数依赖小,且简便易行,为三峡库区滑坡稳定性分析提供了新的途径,尤其适宜于三峡库区滑坡详勘前的稳定性预判。

重庆境内07.7泥石流灾害形成机理及启示

2007年7月在暴雨激发下,重庆境内多处暴发泥石流,本次泥石流的集中暴发是地形地貌、物源和暴雨等多因子耦合异变的必然结果,打破115年记录的降雨是泥石流暴发的客观因素,但人类工程活动,如山区城镇建设、采矿、交通建设等造成的弃渣、毁林,是引发泥石流灾害的重要原因。对本次泥石流形成条件、形成机理进行了分析,并综合历史泥石流事例、山洪、水土流失分区、地形地貌、物源、气候等因素,对重庆境内泥石流发育趋势进行了初步分区;并基于成因分析、机理研究和泥石流分区,提出了重庆境内泥石流灾害有关防治对策建议。

重庆市云阳县磨子岭危岩研究与治理

危岩治理应充分认识其发育的环境条件,在正确分类的基础上,结合排水和监测工程,采取综合治理措施有效治理,确保危岩整体和局部稳定性。本文以云阳县磨子岭危岩治理工程为例,阐述了危岩治理的原则与措施。

落石碰撞法向恢复系数的模型试验研究

法向恢复系数取值是落石运动路径计算的关键参数。利用高速摄像机拍摄不同坡面铺装、不同坡度、不同下落高度、不同落石质量和形状试验条件下落石碰撞坡面的过程,提取落石碰撞坡面前后落石的运动参数,据此反算法向恢复系数,得到如下规律:坡面铺装和坡度是法向恢复系数的主要影响因素,落石的形状和质量以及下落高度对法向恢复系数的影响不明显;随坡面由硬到软,法向恢复系数逐渐减小;随着坡度的增大,法向恢复系数逐渐增大;由试验数据计算所得各种试验条件下的法向恢复系数多集中在0.4以下,占总数量的94%,其中0.3以下的占84.8%,0.1以下的占36.5%,且有超过1/3的试验落石几乎没有法向回弹,说明以前仅基于坡面软硬程度的法向恢复系数取值方法在实际工程中会使计算的落石弹跳高度偏大。从坡面铺装和坡度两方面综合考虑,给出了法向恢复系数取值建议表,并建议坡面越硬、坡度越大时取区间内高值,反之则取区间低值。

地下空间开发利用中的几个环境问题

本文主要就地下空间开发利用中防水、防潮、采光、通风、防灾等几个关键问题进行分析 ;并论述了这些问题的特殊性、重要性 ,及通常解决这些问题的办法。