地震作用下边坡岩体动力稳定性数值模拟

以金沙江龙蟠边坡变形岩体为例,采用人工合成地震动为输入条件,并考虑超静孔隙水压力的作用,运用离散单元法进行边坡岩体的全时程动力分析,探讨地震作用下边坡岩体的动力响应规律及稳定性。数值模拟结果表明:地震惯性力的作用引起剪应力的积聚效应;岩体结构面对岩质边坡的地震动力响应起控制性作用;边坡最危险状态是地震刚刚开始时由静态到动态所发生的巨大系统改变之时;地震作用导致岩体变形破坏的主要机制是剪应力积聚和超静孔隙水压力累积效应的耦合作用。同时,计算结果还表明,龙蟠边坡变形岩体在遭受地震时不会发生整体性的远程滑动,这一结论对金沙江宽谷坝址的抉择具有重要的工程应用价值。

金沙江龙蟠变形体隐伏构造CSAMT探测与解译

龙蟠变形(岩)体位于金沙江宽谷河段右岸,规模巨大.此处区域主构造线为近SN向的中甸-龙蟠-乔后断裂带,地质构造背景极其复杂.为查清变形体内的隐伏构造,本次运用V6A多功能系统展开了CSAMT法探测研究.通过对CSAMT反演电阻率断面和钻孔、平洞等所获取的工程地质信息的综合解译分析,检验了CSAMT(V6A系统)法在高山峡谷区隐伏构造探测中的有效性和可靠性,解译成果全面清晰地揭示了冲江河断裂等在金沙江宽谷河段的展布格局,同时为龙蟠变形体稳定性评价提供了关键性地质资料.

反倾岩体边坡变形机制与稳定性评价研究综述

随着人类工程活动的日益频繁及范围的扩大,在国内外的水利水电、矿山、铁路、城市环境灾害等方面都出现了大量反倾向边坡失稳破坏的灾难性事故,然而这种广泛存在的反倾向岩体边坡的工程地质问题在二十世纪六十年代初才逐步被人们认识到和加以研究。本文就国内外反倾岩体边坡变形机制与规律认识,以及解析解、数值模拟和物理模拟等稳定性评价方法的研究进展进行了系统总结,对有待深入思考的问题和可能的研究途径进行了探讨。

虎跳峡工程区松散堆积体原位直剪试验研究

松散堆积体型斜坡在虎跳峡工程区河段两岸普遍发育,研究其剪切强度对于此类库岸斜坡的稳定性评价具有重要意义。作者设计了堆载式加荷直剪试验方法,并经野外大面积现场试验,获得了堆积体直剪时的剪应力-应变关系曲线,对堆积体的剪切强度性质进行了相应的理论分析,同时为工程区堆积体稳定性评价提供了可参考的c、φ值。

虎跳峡龙蟠右岸斜坡变形的地质力学机制探讨

龙蟠为拟建虎跳峡水电站的比选坝址之一,其右岸斜坡发育大规模的松动变形岩体。结合最新钻孔、平硐等工程地质勘察和CSAMT法物探资料,在分析区域地质环境效应和剖析斜坡岩体变形特征的基础上,否定了该斜坡为“古滑坡”的定论,并基于其特殊的斜坡地质结构和特殊的地质孕育环境提出了斜坡岩体变形的地质力学机制:断裂活动的构造挤压作用造成了近岸岩体的深层破碎;区域构造应力场的转化使岩体呈先压后拉的受力效应,地壳抬升、河流下切使深部岩体卸荷–拉裂和斜坡后部反倾的软硬相间地层发生了弯曲–蠕变和局部倾倒变形;以坡脚深厚覆盖层压缩和塑性变形为主因,斜坡后期主要表现为岩体的局部错滑、扩容等自适应性结构调整和追踪顺坡向结构面的累进性破坏变形,但尚未形成贯通性剪切变形带。龙蟠斜坡的地质结构和变形模式在虎跳峡工程区具有代表性,因此,该结论不仅为虎跳峡电站龙蟠坝址抉择提供了理论依据,也为分析库区斜坡成因演化和评价其稳定性奠定了基础。

FCJ-GIS动力区划模型及其在斜坡灾害危险性评价中的应用

斜坡灾害是地质体在各种内外动力耦合作用下的产物,为描述斜坡成灾的动力耦合作用系统中各种内、外动力作用(因子)的贡献程度,提出内外动力因子指标体系和强度等级,引入模糊综合评判法(FCJ),且建立基于FCJ-GIS的内外动力区划模型,用之来表征内外动力耦合强度特征。然后,将内外动力耦合作用强度和静态环境条件进行叠加分析,提出基于FCJ-GIS内外动力区划模型的斜坡灾害危险性评价新方法。通过虎跳峡河段斜坡灾害的实例研究表明,88%的斜坡灾害体发育在内外动力耦合作用强度高～较高的区域。说明在内外动力耦合作用强度高的区域,斜坡失稳破坏的几率较高;已有的61个斜坡灾害均位于高～较高的危险性区划域内,空间预测的有效率为95%,验证了该方法的可靠性、准确性和可操作性。这一方法可望成为斜坡灾害危险性评价和空间预测新途径,并服务于工程决策与环境管理。

大型反倾库岸岩体变形过程及破坏机制数值模拟

随着边坡地质结构、地层岩性和诱发因素的不同,反倾岩体的主控变形破坏模式都会发生改变。金沙江龙蟠边坡岩体主要为反倾向千板岩和砂岩互层状结构,坡脚河床深厚覆盖层构成了边坡的软弱支座。本文运用离散单元法模拟了大型反倾库岸岩体在漫长的地质历史时期中的变形演化过程,并基于反倾岩体变形的时效性观点,引入强度折减法分析边坡在不同阶段的剪切屈服区扩展情况及相应的稳定性状态。结论表明龙蟠边坡变形岩体是重力弯曲蠕变为主导的成因机制,并归纳提出了软基效应和互层效应共同作用下的大规模反倾岩体的累进性剪切破坏模式,俗称"龙蟠模式"。

高速拓宽软土路基差异沉降数值计算及监测分析

路基差异沉降控制是软土地区高速拓宽工程中的关键性技术问题之一,本文以北方某高速拓宽工程的试验段为例,运用ABAQUS软件进行了拓宽软土路基变形的有限元数值计算,并与路基现场变形监测数据进行对比分析,数值计算与实测结果基本吻合,结论一致地反映了路堤填筑初始阶段新路基的沉降速率较大,旧路基在填筑后期才产生较明显的附加沉降变形;路基变形在拓宽侧呈现明显的"沉降盆"效应,新、旧路基的差异沉降是造成路基路面纵裂的主要因素;桩端地基土呈现出较明显的侧向挤压效应,则表明采用带帽PTC桩复合地基中用于减沉时,桩端应置于具有较高承载力的有效持力层上。

天津滨海软土蠕变参数及路基沉降效应分析

天津滨海新区分布发育较厚的海相沉积成因软土层,软土路基在长期运营过程中,常常出现较大的工后沉降。本文针对滨海软土进行一维压缩蠕变试验,求取其时间硬化蠕变模型参数,进而通过ABAQUS软件实现线性DruckerPrager模型和时间硬化蠕变模型的耦合计算,总结分析了滨海软土路基长期沉降变形过程中的固结-蠕变效应。研究结论表明,排水条件是软土固结-蠕变作用效应的控制性因素,在不设置排水板的条件下蠕变对总沉降量的影响十分显著,是否考虑蠕变作用会给总沉降量计算结果带来近20%左右的误差;软土地基内部排水通道的合理设置和畅通有效是关系软基处理效果的关键点;路基填筑施工过程中,应控制填土速率以避免在饱和软弱地基土内产生较大的超静孔压。

岩质边坡最危险滑裂面的GA-Sarma算法研究

基于现有国内外边坡极限平衡法稳定性分析软件在岩质边坡滑裂面搜索中的局限性,将遗传算法(GA)和Sarma法相结合,提出岩质边坡最危险滑裂面的GA-Sarma算法。GA-Sarma算法解决以折线形为滑面形态、以层面等结构面为边界任意条分并满足条块间边界力平衡原理、滑裂路径可追踪顺坡向不连续结构面的岩质边坡最危险滑裂面的全局优化问题。

金沙江龙蟠断陷谷地与河床覆盖层的成因初探

通过河床钻孔并结合野外踏勘,确定了隐伏的龙蟠断裂在宽谷的切错位置,指出古龙蟠谷地是在上新世末早更新世初由龙蟠断裂发生逆断走滑和白汉场断裂的正断左旋并伴随断块的垂直升降活动而形成。河床覆盖层由现代金沙江冲积层和下伏的一套古湖相堆积物组成,其中古湖相堆积具有明显的分层性,由底往上可划分为冰缘冻融泥流堆积物、含泥质的灰绿色细砂和黄褐色粉土层、崩坡积和冲洪积加积物、灰绿色淤泥质碎石土层,结合区域性地质环境演化背景,认为它们是受中更新世时期本区间歇性山体抬升和冰川活动等新构造运动影响的不同沉积环境下的产物,从而清晰地揭示了河床深厚覆盖层的成因,为认识金沙江宽谷河段发育史提供了极其重要的信息。

天津滨海新区SMW工法围护结构基坑安全监测分析

随着天津滨海新区城市建设的加速发展,SMW工法(劲性水泥土搅拌桩)围护结构在地下空间开发涉及的软土深基坑工程中的应用日趋广泛。本文以开发区环形地下交通空间基坑工程为例,开展了SMW工法基坑围护结构的桩身深层分层水平位移、支撑轴力、坑周地表竖向位移、坑外地下水位及周边建筑变形等内容的系统性安全监测测试,分析了天津滨海新区软土基坑工程中SMW桩围护结构的变形规律,探讨了SWM工法基坑监测的有效警戒指标及信息化施工的安全控制标准。

带帽PTC桩在高速拓宽软土路基处理中的试验监测分析

新旧路基间差异沉降的控制是软土地区高速拓宽工程中路基处理的关键问题之一。在北方某高速改扩建工程中,软土路基处理采用了带帽PTC桩复合地基方案,并在试验路段中开展了地基处理效果的综合试验监测。基于原位监测数据,本文系统分析了带帽PTC桩网复合路基的锤击成桩扰动效应、复合桩土应力比、超孔隙水压力、施工期路基沉降及水平变形特征等规律。分析结论可供类似工程刚性桩复合地基的成桩工艺选择、桩型设计参数优化、路基填筑速率及变形控制等的设计、施工借鉴参考。

天津滨海软土固结-蠕变特性及微观结构分析

本文以天津滨海软土为研究对象,运用室内试验、微观分析等手段,并采用宏微观结合的方法对结构性软土的蠕变特性进行了研究。试验结果表明:天津滨海软土蠕变特性显著,且蠕变有明显的非线性特征;通过对原状土和重塑土的蠕变试验结果曲线对比分析,表明软土的结构对其蠕变特性具有显著影响;原状土体疏松的片架结构、颗粒的边—面接触以及发育的孔隙是土体具有显著蠕变特性的内在原因,蠕变稳定后土体结构密实程度提高,稳定性增强,颗粒聚合,大孔隙减少,小孔隙增多,孔隙逐渐均匀化。

虎跳峡龙蟠右岸土石混合体野外试验研究

土石混合体是一种力学性质极其复杂的特殊的工程地质体,它的存在会对工程带来极大的危害。由于其物理力学性质较为复杂且试样难以采集,目前对它的研究还不够深入。为进一步研究土石混合体的变形破坏特征,对虎跳峡龙蟠右岸地区分布的土石混合体选取6个试验点分别进行了天然状态下(3个)和浸水条件下(3个)的原位大型水平推剪试验,取得一些有意义的研究成果。通过现场试验,得出了该区土石混合体在不同条件下的强度特征和应力–应变曲线,在此基础上归纳出土石混合体在天然状态下的全应力–应变曲线。同时对各试样的粒径级配关系辅以三维滑动面分析对土石混合体的变形破坏机制进行了探讨,解释这种特殊的地质体的内摩擦角偏高的内涵所在。提出在计算强度参数时应采用平均滑动面和对土石混合体的黏聚力起重要作用的关键粒径的概念。最后,对研究区分布的土石混合体的强度参数提出合理的参考值,为变形体的三维稳定分析奠定基础。

土石混合体细观结构及力学特性数值模拟研究

土石混合体是一种非常复杂的不连续介质。随着数字图像处理理论的飞速发展,数字图像处理技术已经成功地应用于多种学科领域。通过利用数字图像处理技术建立土石混合体细观结构“概念模型”,并对其内部块体分布的结构特征进行统计分析研究,研究结果表明土石混合体的“混乱”状态只是其外在表现,其内部块体的分布具有良好的统计自相似性特点。利用几何矢量转换技术,将二元数字图像下土石混合体的概念模型转换为有限元软件可以接受的矢量格式,从而为土石混合体细观结构数值模拟提供基础。土石混合体大尺度直接剪切试验的数值模拟结果表明,土石混合体中的块石对其内部应力场具有明显的影响,从而影响了其相应的变形破坏形式。提出了内部塑性区扩展可能存在的3种模式。

青海八大山滑坡群形成机制及稳定性评价研究

在对青海八大山滑坡群进行现场勘查、室内试验和相关论证的基础上,阐述该滑坡群的基本特征和形成机制,并运用极限平衡分析法和数值模拟对该滑坡群在预设不同工况下的稳定性进行计算和评价;同时,对与750kV官亭—兰州东输电线路塔基稳定性关系密切的滑坡H3,H4,H5进行重点研究。研究结果表明,天然状态下,滑坡H3,H4,H5的整体稳定性系数均大于1.10,处于基本稳定及稳定状态,该状态下的20#,21#,22#塔基稳定性可满足要求;在暴雨工况下,滑坡H3的稳定性系数略小于1.05,处于欠稳定状态,滑坡H4处于基本稳定状态,而滑坡H5仍然处于稳定状态。受此影响,20#塔基安全性受到威胁,而21#,22#塔基仍可满足稳定要求;在烈度为VII度地震状态下,滑坡H3,H4,H5的稳定性系数均小于1.0,处于不稳定状态,20#,21#,22#塔基的稳定性也因此而无法得到保障。此外,敏感性分析结果表明,滑体内摩擦角是影响滑坡群稳定性的最敏感因素。最后,基于滑坡形成机制和定量评价结果,提出为提高滑坡稳定性应采取的工程加固措施,为输电线路的安全运行提供了物质保障,具有较高的实践和理论意义。

考虑水岩物理化学作用的库岸堆积体边坡稳定性研究——以金沙江下咱日堆积体为例

以金沙江下咱日堆积体为例,阐述在考虑水岩物理化学作用的情况下,如何利用大型原位推剪试验求取堆积体天然状态下和与库水反应后的力学参数c,φ值,并利用所求得的参数建立随库水位上升时边坡稳定性计算的数值模型。通过计算得出:在只考虑水岩力学作用和考虑水岩力学、物理化学作用2种情况下,边坡的稳定系数随库水位上升的变化趋势是一致的,都是先减小,后升高,但是后者的稳定系数比前者有相当程度的降低,下降程度可以达到35.34%,甚至更多。所以,在实际的工程应用中只考虑水岩力学作用计算出来的稳定系数是不可靠的,误差非常大。

虎跳峡龙蟠右岸边坡稳定性的数值模拟

虎跳峡龙蟠右岸边坡的稳定性问题对拟建的虎跳峡水电站具有重要的意义。在钻探及平硐勘查过程中尚未发现该边坡有连续的滑动面,因此无法用传统的极限平衡法对其稳定性作出判定。本文运用有限元强度折减法对虎跳峡龙蟠右岸边坡的稳定性进行了稳定性分析研究,得出该边坡在现今应力场状态下的稳定性问题、潜在的破坏模式及相应的滑动面。此外,还结合离散元模拟进行了对比,结果表明有限元强度折减法和离散元方法获得的滑动面基本一致,增强了计算结果的可靠性。

降雨型滑坡研究的发展现状与展望

本文从统计学研究和机理研究两个方面阐述了降雨型滑坡的研究历史和研究现状,其中又把降雨型滑坡机理研究按三个方面分别进行了论述,即降雨入渗引起的斜坡体内水—岩(土)力学作用(包括饱和与非饱和土力学)对斜坡稳定性的影响;降雨入渗引起的斜坡体内水—岩(土)物理化学反应对斜坡稳定性的影响和降雨型滑坡机理研究的数值模拟技术。通过上述论述可知,当前降雨型滑坡的研究虽然取得了丰富的成果,但是由于实际情况的复杂性,研究的成果还难以在实际的工程应用中对降雨型滑坡进行准确的预测预报,降雨型滑坡依然是有待深入探讨的前沿课题。文末对降雨型滑坡未来的研究方向进行了展望。