牛圈沟滑坡离散元数值分析

采用离散元方法,对5·12汶川地震诱发的牛圈沟滑坡动力过程进行数值模拟,通过与实际滑坡堆积形态和运动特点对比反演离散元模型参数,分析了不同基底摩擦系数时滑坡运动距离、堆积形态、内部颗粒运动规律以及运动过程的能量转换关系,有效地再现了地震诱发的滑坡动力过程,为西南地区潜在灾害预测与防治提供理论支持和技术指导.

崩塌体与拦石墙冲击动力演化过程及参数敏感性

以都江堰-汶川高速公路龙洞子隧道出口的崩塌灾害为对象,研究崩塌体的运动以及优化防护结构。采用基于离散元方法对崩塌灾害进行数值模拟,并开展了崩塌体与拦石墙动力冲击响应研究。结果表明:冲击动力响应结果与拦石墙高度、崩塌体运动距离、崩塌体内部块石摩擦系数及坡脚与拦石墙间的缓冲区距离均有一定的关系;拦石墙在崩塌体动力冲击作用下表现为宏观裂缝张开、微观具有冲击力超过颗粒平行连接强度而断裂的特征;进一步通过数值模拟优化了拦石墙的结构模型和设计参数。

基于SPH法的岩崩碎屑流与挡板相互作用模拟

调查了颗粒之间的相互作用及岩崩碎屑流与一个障碍之间相互作用。采用光滑粒子流体动力学法(SPH)模拟了实验中观察到的颗粒流动规律,采用的本构模型是牛顿流体模型。研究表明,岩崩碎屑流的运动和堆积受到水槽倾角和挡板的影响,水槽挡板周围沿深度剖面的速度图是不均匀的,随深度变化的。数值结果与干颗粒材料的水槽流砂试验进行比较,获得了一些重要的模型参数,可用于优化高山地区防御结构尺寸的设计。

颗粒粒径对岩崩碎屑流对挡板冲击影响

调查颗粒之间的相互作用及岩崩碎屑流和一个障碍之间相互作用.采用光滑粒子流体动力学法(SPH)来模拟实验中观察到的颗粒流动规律,采用的本构模型是牛顿流体模型.研究表明:粒径大小对颗粒运动以及与结构的冲击力有很大的影响,粒径为8,12,14mm时的应力云图类似,挡板两侧为应力集中部位,粒径为10mm时的应力较均匀,近似为矩形分布,在挡板中央部位.获得了一些重要的模型参数,可以用于优化在高山地区防御结构的设计.

基于离散元法崩塌体动力破碎分析

在汶川大地震的影响下,西南地区山体破坏严重.岩质边坡几乎全部出现破坏,崩塌十分严重,产生了大量的崩塌体,堆积于洞口或缓坡地带;且上方陡坡残留大量震裂岩体,在余震和多雨、多风的天气下易产生崩塌,对公路产生威胁.采用离散元法对崩塌体模拟,通过对不同粘结强度的崩塌体动力破碎的影响进行的数值模拟研究.结果显示:崩塌体的粘结强度可以由离散元的平行键强度来模拟,不同粘结强度对崩塌体的运动和堆积形态有重要影响,再现了崩塌体破碎动力演化过程.为崩塌体破碎和防御提供理论依据.

基于SPH法的岩崩碎屑流与防护结构相互作用分析

基于SPH(光滑粒子动力学法)开展岩崩碎屑流与防护结构相互作用研究,并与干颗粒材料的水槽流砂试验进行验证分析,在此基础上优化防护结构设计。结果表明:岩崩碎屑流的运动和堆积受水槽的倾角和挡板的影响,挡板高度较小时,挡板对颗粒物质的堆积影响很小,颗粒物质较易翻越挡板,继续向前运动堆积,挡板后部几乎形不成保护带,而伴随挡板高度增加,更多的颗粒不能轻易越过挡板,大部分从挡板两侧越过,在挡板后形成一个保护带。水槽的挡板周围碎屑流沿深度部面的速度图伴随深度变化而变化。研究结果可为山区岩崩滚石灾害多发带防护结构设计提供技术依据。

崩塌体对桥墩冲击的离散元模拟

采用PFC3D程序模拟了崩塌体堆积过程以及崩塌体对桥墩的冲击。结果表明:滑坡颗粒堆积过程中,堆积半径随着时间的延长而增大,崩塌体滑动初期堆积半径扩大速度较快,但是随着时间的延长,堆积半径增大趋势逐渐变缓,最后稳定。崩塌体对圆柱体最大碰撞力随着缓冲区长度的增大而减小,最大碰撞力随着圆柱体直径的增大迅速增大,最大碰撞力随着颗粒摩擦角的增大近似线性增大,而最大碰撞力与内阻尼系数大小无关。

崩塌体对构筑物的冲击分析

用离散元法(DEM)进行了一系列数值模拟试验,模拟不同参数(内摩擦角,缓冲区长度,圆柱形结构物直径)的崩塌体在滑道上滑下与坡底前的圆形构筑物作用,再现了崩塌运动—堆积过程,揭示了崩塌对沿程工程结构的冲击机理,为潜在崩塌危害区域预测和防治提供理论支持。

岩崩灾害离散元和有限差分耦合分析

由于岩崩的动力特性,采用有限元等连续方法计算物体受冲击破坏的大变形问题存在不足,故采用PFC(颗粒流程序)和有限差分对受岩崩进行模拟。PFC在模拟结构微观破坏方面比较有优势,FLAC在模拟宏观坡体存在优势,结合两者的优点,为正确设计滚石防护结构提供指导。

边坡框架锚索结构受力变形分析

针对边坡失稳的特性,采用有限元法对边坡框架锚索结构下的边坡进行模拟,分析了边坡在锚索框架作用下的受力和变形,找出边坡的受力薄弱部位,为正确设计滚石防护结构提供指导。

滚石冲击闭孔泡沫铝夹芯板耗能缓冲机理研究

在山区构筑物外表面覆盖一层缓冲材料能有效减小滚石冲击危害,达到保护工程结构的目的。为此,将泡沫铝作为一种耗能缓冲材料引入滚石灾害冲击领域,并将其与钢板组合为夹芯板结构,采用静力压载试验及动力有限元对滚石冲击泡沫铝夹芯板动力响应进行分析,揭示泡沫铝夹芯板耗能缓冲作用机理。结果表明:泡沫铝及夹芯结构在进入屈服强度后有较宽的耗能缓冲平台,可吸收大量冲击能量;同时夹芯板结构可有效降低被保护物结构挠度变形,伴随夹芯钢板厚度不断增大,垫层冲击坑深度不断降低,被保护结构中心点变形有较明显下降,但过大的钢板厚度使得泡沫铝夹芯板整体刚度增强,反而不利于泡沫铝夹芯板能量耗散。因此,在泡沫铝缓冲垫层结构设计时,应综合考虑被保护物结构所容许的变形量及承受冲击力双重控制指标。

前期有效降雨对滑坡启动影响分析

降雨是诱发边坡失稳破坏的主要原因。以坡地水文模型为基础,结合无限边坡稳定计算模型,研究降雨条件下边坡启动的临界降雨条件。以都江堰市为研究区域,研究前期降雨、边坡体地下水位和渗流时间的关系,再结合滑坡启动的临界降雨模型,定量分析前期有效降雨对滑坡启动的影响。

未完全受阻地震滑坡运动距离的影响因素及机制分析

地形条件、启动机制和岩性条件是滑坡运动的主要影响因素。通过分析汶川地震诱发的215处体积>1×10~4m^3的未完全受阻滑坡的运动场地地形条件、岩性、地震烈度、岩层倾向与坡向的关系,建立各影响因素的分类指标,分析各影响因素对滑坡运动距离的影响及作用机制。研究结果表明:场地地形条件不仅显著地影响了大型滑坡的运动距离,而对中小型滑坡同样有效,是同等规模下滑坡运动距离产生差异的最主要影响因素。运动场地地形条件中沟谷顺直型滑坡的运动距离最大,随后依次为凹面型、阶梯型、沟谷偏转型、坡脚堆积型和坡面堆积型,由岩性、地震烈度和岩层倾向与坡向关系确定的滑坡成因模式或启动机制对中小型规模的滑坡运动距离影响不显著。对于体积>1×10~6m^3的大型滑坡,同等规模下中等硬度岩性的运动距离大于坚硬岩体和软岩;在Ⅸ—Ⅺ度地震烈度区,与滑坡点密度和面积密度的分布规律相反,滑坡运动距离随烈度的增加而减小;坡体结构虽然影响了滑坡发育的分布规律和成因模式,但对滑坡运动距离的作用却不显著。

滑坡碎屑流运动参数与影响因素敏感度研究

现场调查的数据分析表明:同等规模体积的中、小型滑坡碎屑流的运动参数存在较大的差异,这些参数的差异源于滑坡体积、岩土体特性和地形条件耦合作用的结果,理论分析和数值计算常常不能完全解释其机理。因此,在模型试验的基础上,运用极差、方差分析等方法,探讨了滑坡碎屑流的体积、颗粒级配和斜坡坡度对坡脚下的水平运动距离、等效摩擦系数的影响。研究表明:滑坡碎屑流体积在同等规模等级和相同的落差条件下,3种因素对坡脚下水平运动距离的影响大小依次为颗粒级配、斜坡坡度和体积。颗粒级配对碎屑流坡脚下的水平运动距离的影响非常显著,而同等规模内变化的体积的影响不显著。因素对等效摩擦系数的影响大小顺序为斜坡坡度、颗粒级配和体积。坡度对碎屑流等效摩擦系数的影响非常显著,而同等规模内变化的体积的影响不显著。

棚洞受滚石法向冲击破碎分析

针对有限元等连续方法计算物体受冲击破坏的大变形问题,采用SPH和有限元耦合方法,对棚洞受滚石冲击破碎进行了分析,得出了滚石法向冲击棚洞结构的破碎规律,为滚石防护结构设计提供了依据。

新型耗能锚索准静态耗能分析

采用有限元法对锚索和锚固体和软钢在准静态受力过程进行了数值计算,分析了一种软钢防护装置对锚固体的防护作用。分析过程中不仅考虑了软钢的变形,而且还考虑了锚索的自身变形。通过锚索和软钢吸能,改变了锚固段的应力分布和轴力分布,防止了岩体的破坏。研究结果表明,所采用的耗能装置能有效缓冲由于地震和其他外荷载所产生的冲击,防止锚固结构在一定冲击下的破坏。

基于成灾条件的滑坡危险性评价串并联模型与应用

首先对基于成灾条件的滑坡危险性评价串并联模型进行了研究。通过对滑坡发生原理的分析,将滑坡成灾条件划分为触发因素系统(充分条件)和内部因素系统(必要条件)两类,滑坡只有在触发因素系统(充分条件)和内部因素系统(必要条件)共同作用下才会发生,建立了滑坡危险性评价的概念模型;通过分析电路三要素(电压、电阻与电流)与滑坡成灾条件的关系,首次建立了基于滑坡成灾条件的滑坡危险性评价串并联数学模型并定义了其算法。研究结果表明:模型能在结构和功能上表征滑坡的发生原理。然后,运用所建立的模型对研究区5·12汶川地震条件下滑坡危险性进行了评价。通过分析地震滑坡成灾条件,借助arcgis软件实现了对研究区地震条件下滑坡危险性的定量评价,并用遥感解译和实地调查的5·12汶川地震触发的滑坡数据对评价结果进行了检验。研究结果表明:73.56%地震滑坡位于极高危险区与高危险区,发生率也以极高度危险区与高度危险区较大,分别为0.319 4和0.185 0,滑坡发生率总体上随危险性等级的增加而增大,说明这种评价方法得出的危险等级与实际滑坡发生情况吻合。

基于SPH法溃坝动力过程及对基床的侵蚀

通过试验调查溃坝的动力形态和对基床的侵蚀机理,采用光滑粒子流体动力学法(SPH)来模拟溃坝,并利用牛顿流体本构模型作了研究,结果表明,溃坝受闸门移除方式的影响;波破坏的形状和大小的特性以及混合过程与试验几乎是一样的;数值结果与试验进行比较,获得了一些重要的模型参数,可以用于溃坝方面结构设计。

基坑挡墙土压力模型参数的探讨

指出了高层建筑基坑工程中作用在围护结构上的土压力在非极限状态下随结构的变形而变化,提出了土压力的计算模型,对模型的参数进行了讨论,并结合工程实例进行了说明,以促进基坑挡墙土压力的研究。

改良隔离墙材料的强度及防渗性能研究

隔离墙常被用于临时或长期阻滞污染物扩散。基于自贡原位土研究了火山灰系改良土(未污染土/硝酸铅污染土)-水泥-膨润土(SCB)隔离墙回填料的无侧限抗压强度、渗透系数。结果表明,养护28 d后,单掺粒化高炉矿渣及粒化高炉矿渣+氧化镁部分替换水泥改良的未污染土与污染土的无侧限抗压强度均较对照组有明显增加;养护90 d后,粒化高炉矿渣部分替换水泥改良的未污染土与污染土的渗透系数较对照组减小。此外,采用火山灰系材料部分替换水泥后CO_(2)排放量较对照组明显降低。因此,改良隔离墙材料为低碳的绿色环保材料。