基于监控量测的山岭隧道工程风险管理分析

风险的概念已贯穿于整个社会,具有典型的时空差异性。山岭隧道工程是一高风险工程,主要原因在于其涉及的不确定性因素较多,表现为地质环境复杂、基础信息不充分、施工技术复杂等方面。风险管理和控制是削减山岭隧道工程风险的有效手段,可于工程建设各阶段实施。其中施工阶段的残余风险可利用监控量测进行管理和控制。以浙江黄衢南高速公路璜田隧道为例,根据不良事件发生可能性和潜在破坏程度建立了以该隧道风险管理矩阵、基于监控量测数据的风险日报表及预警系统为主体的风险管理框架。经璜田隧道出口端右线YK17+660断面拱顶沉降数据和现场调查验证,所建立的风险管理框架能有效地控制该隧道的建设阶段风险,可为类似工程的风险管理和控制提供思路。并认为山岭隧道工程风险接受准则的建立应基于隧道围岩变形容许极限及其响应时间。

汶川震区地震动三维地形效应的谱元法模拟

针对三维波动弹性动力方程推导了谱元法算法,并考虑三维真实地形及介质的衰减特性,基于并行计算环境采用谱元法和ASTER DEM模型对5.12汶川地震动的地形效应进行了模拟.模拟结果表明陡峻地形对地震波两个水平分量的影响要大于对竖向分量的.震中附近区域的PGA最大值为671cm/s2,高PGA区多分布于山顶及山脊区域.与平坦地形相比,PGA相对地形放大系数为-12%～110%,不同地点的z向速度分量波幅遵循峰顶、山脊得到放大或沟谷得到降低的模式.这说明与已有的二维概化模型计算结果相比,三维真实地形对地震动的影响比二维概化模型更为复杂.

非完整滑坡编目三参数反Gamma概率分布模型

中国"5.12"地震震级高,震源浅,于震区内触发了大量滑坡。为了研究地震滑坡的概率分布特征,对四川映秀极震区(约109.3 km2)地震滑坡进行系统编目,该编目属非完整滑坡编目。利用该编目建立三参数反Gamma概率分布模型,其拟合参数分别为b=1.11,a=2.17×10-3 km2及s=-3.925×10-4 km2。基于该模型对编目区内滑坡面积均值、总面积及最大滑坡面积进行计算,并引入滑坡标度及建立指数修正函数分别对"5.12"四川汶川地震触发滑坡总数及滑坡总面积进行预测,同时建议模型建立原则。研究结果表明:模型的幂律衰减参数值与已有研究结果相近;模型对编目区内滑坡面积均值、总面积及最大滑坡面积的计算结果与实测值之间的相对误差均为10%左右;模型对"5.12"汶川地震触发滑坡总数及滑坡总面积的预测结果均与已有研究结果比较接近。

彭灌杂岩单轴抗压强度和弹性模量的多元线性回归预测模型

完整岩块的单轴抗压强度(UCS)和弹性模量(E)是岩石力学和地质工程中极其重要的指标,高质量的岩芯试件是获取UCS和E值的关键因素,但由于龙门山地区地形复杂及震后交通不便,并不总能从彭灌杂岩体中获取高质量岩芯试件。因此,为了快速获取彭灌杂岩体的UCS和E值,沿岷江和渔子溪采集了53组彭灌杂岩岩块,并于室内作了一系列物理力学测试。以实测UCS和E值为因变量,以岩块的密度、Schmidt回弹硬度及地质强度指数为自变量,建立了彭灌杂岩体UCS和E值的多元线性回归预测模型。经F-检验、t-检验及其回归系数方差膨胀因子(VIF)、Durbin-Watson统计量的计算结果表明,回归模型的自变量选取得当,对因变量UCS和E具有影响,回归模型具有适用性。同时,UCS和E回归模型调整后判定系数R珔2的计算结果表明,所建立的彭灌杂岩体多元线性回归模型具有较高的预测性能,可用于彭灌杂岩体UCS和E的现场快速确定。

滑坡编目的空间数据分析及实例应用

结合滑坡环境因素处理的一些重点问题,对滑坡编目典型空间数据集进行了分析.在滑坡编目空间数据集分析基础上,利用GRASS GIS软件对汶川"5.12"地震映秀极震区地震滑坡作了编目,获得了编目区内的滑坡类型、分布、几何特征信息及滑坡概率密度与滑坡面积之间的关系.该滑坡编目实例表明利用各类空间数据集和3S技术可快速进行区域性滑坡编目.

山区公路沿河路基动态失稳机理研究综述(1)——水在岩土体中的渗流

针对以往山区公路沿河路基失稳破坏的研究限于地表水对路基的冲刷作用而并没有揭示出沿河路基内在失稳机理这一局限性,从水在岩土体中的渗流这一角度出发,概述沿河路基岩土体内的孔隙压力及渗透压力发生变化而使岩土体发生变形破坏及地下水对岩土体的各种不良作用.

汶川震区交通“生命线路网”建设的地质学思量

汶川5.12地震给龙门山地区及四川盆地西缘地区带来了大量的房屋倒塌和人员伤亡,也使震区公路交通基础设施遭受巨大破坏。中国政府从防灾减灾的角度提出了"生命线路网"的概念并以此指导震区公路交通的恢复重建工作。为了防止悲剧重演,通过分析震区地质构造、主震破裂特征及震区孕震形势等地质背景,辅以震区交通基础设施破坏模式调查与分析,认为地质学理论在"生命线路网"建设中具有重要作用,并据此提出震区交通恢复重建策略以供参考。

水岩相互作用对砂岩单轴强度的影响研究

针对重庆地区的微风化砂岩,完成了1、3、6、10、15次的干湿循环,对循环后的试件(饱水状态)进行了单轴抗压和劈裂试验。试验结果表明,干湿循环对砂岩造成了不可逆的渐进性损伤,在15次循环后,单轴抗压强度损失达20.73%,抗拉强度达51.96%,弹性模量达33.79%,三者与循环次数之间有良好的对数关系。在干湿循环过程中,砂岩的强度损伤会出现拐点,这取决于水对砂岩的侵蚀程度。

含石量对土石混合体剪切特性影响的颗粒离散元数值研究

采用基于PFC^(2D)接触黏结模型的离散元数值模型,探讨含石量变化对土石混合体剪切特性的影响。利用室内大型直剪试验对表征土石混合体细观力学性质的模型参数进行标定,模拟分析了4种不同含石量土石混合体在4种不同围压作用下的剪切特性。试验结果表明:相同法向应力作用下,含石量越高,峰值剪应力越大,达到峰值剪应力时的剪应变越大,软化后强度越高,剪胀特性越强,剪切"跳跃"现象越明显。土石混合体摩擦角随含石量增高而增大;黏聚力随含石量增高而减小,含石量超过50%后基本不变。相同含石量的土石混合体,法向应力越高,峰值剪应力越大,应变软化特性越强。土石混合体剪切过程中以克服摩擦能和应变能为主,动能变化几乎为零。

压实系数对粗粒土剪切特性的影响

压实系数是控制填方体工程质量的重要指标,但目前关于压实系数对填料剪切特性的影响研究还不够深入。采集重庆江北机场扩建工程回填夯实的粗粒土制备不同压实系数的重塑试样,通过室内大型直剪试验,研究了粗粒土在不同压实系数下的剪切特性,结果表明:高法向应力,低压实系数时,粗粒土表现为应变硬化和剪缩现象;低法向应力,高压实系数时,则表现为应变软化和剪胀现象;粗粒土在剪切过程中表现出"结构性"和"摩擦性","结构性"发挥在先,"摩擦性"在后;压实系数对剪切强度有增大效应,但法向应力对这种增大效应有削弱作用;压实系数对粘聚力有增大效应,但对内摩擦角的影响不显著;剪切破坏面上遇到粗颗粒时所表现出的"饶石"、"穿石"、"夹石"现象会随粗颗粒的强度、尺寸以及法向应力等因素的变化而互相转换。

不同拓宽条件下新老路基不协调变形特征分析

道路拓宽工程中,新老路基不协调变形是导致路基路面病害的根本原因。选取某高速公路拓宽路基的典型断面,建立二维有限元数值模型进行分析。分析了在不同的拓宽方式、拓宽宽度、地基强度、修筑方式等拓宽条件下,新老路基顶面不协调变形曲线形态的规律及不协调变形的典型特征,并阐述了上述拓宽条件对于不协调变形特征的具体影响。探讨了导致新老路基不协调变形的内在原因,并针对部分不协调变形特征提出初步工程处治措施。通过室内路基模型模拟路基拓宽所造成的新老路基不协调变形,所获结果与数值模拟分析吻合。

隧道信息化施工监测的项目化管理实践与思考

隧道信息化施工监测是新奥法中的重要环节,伴随着隧道施工的全过程。浙江黄衢南高速公路衢黄段所辖隧道岩组成分复杂,地质条件较差。为创建"黄衢南精品示范工程",浙江黄衢南高速公路有限公司针对各隧道信息化施工监测进行项目化管理,从项目招投标、项目合同管理及工程质量控制等方面进行了探讨和实施,并结合现场监测人员的经验和实际工程状况,对深化隧道信息化施工监测项目化管理提出了建设性意见。实践证明,黄衢南高速公路有限公司的项目化管理方式行之有效,有力地保证了所辖标段各隧道工程施工质量和工程进度,值得推广。

石笼挡墙支挡结构在巫十路的工程应用

分析了地质条件差、地形复杂和建筑原材料匮乏等问题给高大支挡结构物的设计和施工带来的困难。以地形地质条件复杂、地基承载力低的巫十路K17＋300-K17＋350段为试验段,从施工前的准备和施工控制两方面详细论述了石笼挡墙在施工过程中应把握的技术要点及处理方法。并以建成的石笼挡墙为例,采用有限差分法和强度折减法分别分析了石笼挡墙在施工过程中的变形特点及其稳定性。数值分析显示,石笼挡墙的变形量较小及变形主要集中在墙身中部,自身稳定性较好,达到了设计要求,满足工程的需要。同时石笼挡墙作为一种新的山区公路支挡结构,与传统的高大支挡结构物相比具有较大优势,能有效地降低山区支挡结构物的工程造价。

“5.12汶川地震”映秀极震区地震滑坡编目分析

2008年汶川5.12地震触发了大量滑坡,这些滑坡所造成的损失甚至超过地震本身。系统的滑坡编目是进行滑坡研究的基础技术手段,能为滑坡量化研究提供有效数据。映秀极震区是地震滑坡分布较为集中的区域。基于高精度卫星和航拍影像遥感和现场调查,获得映秀极震区约109.3km2范围内共1948处地震滑坡的位置、类型及其基本几何特征,并利用GIS软件建立了地震滑坡编目数据库。在此基础上,将地震滑坡编目数据同坡向、坡角、距山脊距离、地质单元与岩性、震中距、距发震断裂距离等环境因子进行叠置分析。分析结果表明:编目区内地震滑坡多分布在坡角为30°～50°的区域,其密度与坡度有较强的正相关性;山脊附近区域的地震滑坡密度较大,说明这些区域对地震波的放大效应是造成坡体破坏的重要原因;彭灌杂岩体区的地震滑坡发育程度比沉积岩区高;震中距、距发震断裂距离与地震滑坡密度呈单指数负相关关系,与已有研究成果具有较好吻合度,且发震断裂上盘地震滑坡发育程度高于下盘。

预应力混凝土抗滑桩在滑坡治理工程中的应用

针对当前滑坡整治工程中,常用的抗滑结构物造价偏高的问题,提出预应力混凝土抗滑桩结构。借助数值模拟手段,对比分析了预应力抗滑桩和普通抗滑桩的力学特征和对边坡的处治效果。研究了预应力抗滑桩的工程经济性,并提出了其设计计算方法。实际工程应用验证了预应力抗滑桩的加固效果及其工程经济性。得出结论:①预应力的施加能够改善桩身的受力状态,使桩身应力分布趋于均匀,阻止桩身裂缝的发展;②预应力抗滑桩存在最佳预应力度,其值可根据工程造价优化分析确定;③与普通抗滑桩相比,预应力抗滑桩在保证滑坡治理效果的前提下,可有效节约工程造价。

高校科研团队Microwulf并行计算系统的搭建

由于成本限制,高校科研团队的计算机多为普通型个人电脑(PC),无法执行涉及多节点的并行计算任务。基于Beowulf架构与可于大众电脑市场采购到的普通硬件设备搭建了一套四节点8CPU核Microwulf并行运算系统(命名为LXR01)。该系统各节点均安装Windows7与Linux操作系统,其中服务器节点利用NFS建立共享文件系统,分别以gcc、OpenMPI为主要编译环境和并行计算环境。HPL测试表明,LXR01系统的最大运算能力为39.93Gflops,其计算效率和成本效率分别为81.6%和Y-583.8/Gflops。同时,SPECFEM3D代码的计算实例证明LXR01系统能有效地解决并行计算问题。

土石混合料剪切特性及块石破碎特征

通过室内大型直剪试验和基于PFC^(2D)的颗粒离散元数值模型,探讨考虑块石破碎的土石混合料的剪切特性及块石破碎特征。以土石混合料室内大型直剪试验和筛分试验为基础,提出了一种能真实描述块石形态特征并准确反映块石破碎效应的土石混合料颗粒离散元数值建模方法,模拟并分析了6种含石量土石混合料在4种不同法向应力作用下的剪切特性及块石破碎特征。结果表明:土石混合料抗剪强度随含石量的增大而增大,且基本符合摩尔-库仑(M-C)强度准则,随着含石量增大,内摩擦角呈现"慢—快—慢"增长趋势,黏聚力则呈现先增后减再增大的变化趋势。剪切后土石混合料块石破碎形式可归纳为表面研磨、局部破碎、完全破裂、完全破碎4种方式。提出了一种新的颗粒破碎指标,该指标能够准确描述粒径大于5 mm的块石的破碎程度,其随含石量和法向应力的增大而增大。通过对土石混合料颗粒离散元数值模型剪切面的分析发现,剪切面出现"剪斜"现象,其起伏程度随含石量增大愈加明显,且随着含石量增大剪切面附近剪裂隙数量增多,土石混合料在剪切过程中的破坏为拉-剪混合破坏。

基于谱元法与Microwulf系统的汶川地震波场模拟

谱元法属广义有限元法,可用于地震波场模拟与震源反演,但几乎不能在单台普通电脑上用于大尺度地震波场模拟。Microwulf是一种低成本、高效率的主从式便携型计算集群系统,能有效地利用个人电脑组建并行计算环境。基于三维弹性波动方程研究了谱元法基本算法,并利用谱元法和自搭建Microwulf系统对2008年汶川5.12地震波场进行模拟。模拟结果表明:(1)搭建的Microwulf系统能成功进行大尺度地震波场的谱元法数值模拟;(2)计算区域地形能引起地震波场畸变;(3)震中附近区域峰值地震动分布模式大体与发震断裂走向平行,并具有典型的上下盘效应,上盘的峰值地震动比下盘强烈;(4)与无地形模型相比,震中附近区域地形对地震动具有典型的放大效应,并且对于地震动的不同分量,其地形放大效应有所区别。

国防公路边坡岩体强度参数模型分析

青藏线、川藏线等国防公路边坡大多为岩石结构,由于边坡岩石建造环境的复杂性、岩体风化程度的差异性、微裂隙发育不均匀性等地质因素,及取样不规范或现场试验位置、野外岩性定名、试样加工测试等人为因素,测试数据具有离散性,致使岩体变形和强度等参数存在误差,给边坡治理带来困难。以岩体赋存地质环境信息、岩体基本质量定性判断信息、完整岩块试验室测试数据及人为因素为条件属性,以岩体抗剪强度指标建议值为决策属性,建立基于粗集理论的岩体强度参数确定模型,为国防公路边坡治理提供较科学的参考数据。

频发微震下上覆软弱岩体边坡动力稳定及失稳模式

水库蓄水诱发的高频次微小地震对库岸边坡稳定性存在一定影响。采用振动台物理模型试验,结合UDEC离散元分析方法,以三峡库区杉树槽滑坡为原型,研究了频发微震作用下典型上覆软弱岩体边坡的累计损伤过程、动力响应特征及破坏模式。结果表明:在频发微震作用下,模型边坡自振频率不断降低,阻尼比不断升高,完整性降低;坡体加速度响应在初始阶段和微震阶段体现出"高程效应"和"趋表效应",而在小震加载后,坡体动力响应与上述特征出现偏离;在反复微震下,坡体的破坏演化过程可概括为"次级节理发育→次级节理扩展→上部岩体破碎→后缘裂隙扩张→滑面贯通→边坡失稳破坏"阶段;离散元数值分析结果表明,上覆软弱岩体边坡在频发微震下的变形主要发生于岩层分界面以上,后缘裂隙以下的上部岩体,随着地震次数的增加,其永久位移不断增大,边坡稳定性系数不断降低,边坡破坏特征与振动台试验结果相吻合。