内部裂隙对节理岩质边坡失稳影响的数值分析

边坡变形及稳定问题一直是学者们极为关心的课题,过去大量文献采用极限平衡法(LEM)或强度折减法(SRM)分析了该问题。但无论对于土质边坡还是对于含裂隙岩质边坡,传统的LEM需要先期假定滑裂面的形式,单独采用SRM也一般仅能推算出呈圆弧状的临界滑面,因而为摸清考虑裂隙发育的岩质边坡在外载胁迫下失稳时实际的滑移形状及位置,亟需寻求新的分析方法或另辟蹊径的研究工具,动力扩展有限元法(XFEM)刚好就是其中一种分析工具。尝试将有限元的SRM与XFEM相结合,在事先构思好的若干岩质边坡算例中定义1个场变量(将其取为岩体温度),在自重应力作用维持不变的情况下,分别对内部含不同条预制裂隙的岩质边坡二维平面模型做降强计算,得出了各算例岩质边坡的失稳过程、变形破坏模式与稳定系数(FoS)。结果表明:裂隙结构的空间分布特征对岩质边坡的失稳滑移轨迹、最终失效形态和位移场等均具有较大的影响;含裂隙岩质边坡的FoS比匀质边坡的FoS明显更小;岩质边坡在发生滑动变形的过程中,主控节理裂隙有所延展乃至贯穿,形成破坏通道。用XFEM得到的计算机图形反映了原有裂缝组将构成复杂岩质高大边坡非规则滑裂面一部分的规律(与业内常识及预期皆吻合),表明该方法是可靠的,对深化认识坡体内断续弱面的孕灾机制较为有利。

植生水泥土植生性能试验研究

在植生水泥土基材组配模型的基础上,为探明水泥、改良剂、有机物料和有机肥对植生水泥土植生性能的影响,通过水泥、改良剂、有机物料和有机肥单因素配比试验,分析4种影响因子对植生水泥土植生性能的影响。结果表明:各因子对植生水泥土植生性能均有不同程度的影响,随着水泥用量的增加,植生水泥土的容重、紧实度和pH均逐渐增大,最大增幅分别为7.4%、51.6%和9.6%,孔隙率逐渐减小,最大减幅为4.2%;改良剂在调节植生水泥土pH的同时,对植生水泥土有机质含量及速效养分均有不同程度的贡献,并且能有效改善植生水泥土的生物特性;有机物料和有机肥能很好地改善植生水泥土物理结构,提升植生水泥土养分水平,从而改善植生水泥土的植生性能。研究结果可为植生水泥土生态护坡的应用提供理论依据。

颗粒级配与孔隙比对粗粒土渗透系数的影响

颗粒级配、孔隙比是决定粗粒土渗透系数的关键因素。收集并整理得到93组粗粒土全级配(d_(10)～d_(100))、孔隙比数据,采用遗传算法(genetic algorithm,GA)优化的BP(back propagation)神经网络分析和预测粗粒土渗透系数,通过平均影响值法和试验验证,评价各级配粒径对渗透系数的影响大小,探讨孔隙比对粗粒土渗透系数的影响。结果表明:d_(50)为界限粒径,在其他粒径不变,若增大d_(50)及以下粒径,渗透系数就增大,而增大d_(50)以上粒径,渗透系数减小; d_(50)及以下粒径的"细颗粒"对渗透系数的影响大于d_(50)以上粒径的"粗颗粒";按相对权重,d_(20)、d_(80)、d_(40)属于高敏感度粒径,d_(10)、d_(50)、d_(100)、d_(70)为中敏感度粒径,d_(30)、d_(90)、d_(60)为低敏感度粒径。孔隙比对渗透系数的影响大于任一特征粒径,渗透系数与孔隙比呈正相关关系;相同颗粒级配的粗粒土,随孔隙比变化可使渗透系数产生数量级跨越。采用GA-BP神经网络方法,由全级配和孔隙比能较好地预测粗粒土渗透系数。

屋顶绿化轻型种植基质的水肥保持效应研究

屋顶绿化是海绵城市建设过程中的重要内容,而种植基质是屋顶绿化技术能否顺利实施的关键因素之一.本文选取4种常见的材料(普通土壤、腐殖质、蛭石和陶粒),通过设计试验,探究不同配比下腐殖质、蛭石和陶粒含量变化对基质保水保肥性的影响规律.结果显示:蛭石水分保持效果最优,且随其添加量增加而增强;腐殖质对氮磷增效保持效果最好,在一定范围内随添加量增多效果有增强趋势且效果持久;当腐殖质添加量占比为50.0%时,土壤氮磷同步增效最好;3种供试材料(腐殖质、蛭石和陶粒)的添加可增加土壤孔隙度,改善团粒结构,具有改良土壤的效应,对土壤水肥保持具有明显的增强效果,特别是添加材料间的协同作用最有益于实现水肥的高效耦合并提高绿化效果.研究结果为丰富我国现有的屋顶绿化类型及海绵城市建设提供参考依据.

植生水泥土生境构筑技术标准初建

植生水泥土生境构筑技术是边坡防护和生态恢复新技术,且有更多优势。结合设计、施工,植生水泥土生境构筑技术重点探索了包括坡面要求(坡面预处理、截排水)、加筋系统(植生棒、锚固件及挂网)、植生水泥土(原材料、配合比及喷植厚度)在生产实践过程中应执行的关键技术标准,并提炼出了工艺流程图和施工技术要点,为技术的后续研究、设计与施工参考。

植被混凝土新型生境构筑基材稳定性分析

利用植被混凝土生态技术修复的边坡,其失稳破坏问题仍然存在,利用不同破坏模式下的剪切应力—位移曲线,在确定滑面上进行受力分析,考虑降雨对基材重度、冲刷作用及剪切应力折减的影响,确定了基材安全系数与位移变化关系,对新型基材构筑方式进行稳定性分析,对口型坑贡献率进行评价。结果表明:新型构筑方式能有效增大各工况下基材破坏位移,天然状态下为喷播基材的1.25~1.46倍,降雨时为喷播基材的1.14~1.25倍。施工后,随着根土复合体逐渐形成,两种构筑方式下的安全系数可增加为原来的1.53~1.6倍。安全系数随着口型坑尺寸增大,基材破坏位移、贡献率逐渐增加。算例表明,口型坑最大贡献率能达到88.52%。

基于GA-BP神经网络的粗粒土渗透系数预测

针对粗粒土渗透性能受颗粒级配、密实程度等因素影响而呈现明显差异,提出一种粗粒土渗透系数预测方法。收集并整理得到93组粗粒土数据,以全级配(d10～d100)和孔隙比作为BP神经网络的输入变量,利用遗传算法优化BP神经网络的初始权值与阀值,构建基于BP神经网络和遗传算法的粗粒土渗透系数预测模型。结果表明:该GA-BP神经网络经过55次迭代之后精度满足要求; 87组训练样本预测结果的平均相对误差为5. 10%,其中有75%的样本相对误差小于平均相对误差; 6组检测样本预测结果的平均相对误差为6. 39%,该网络模型泛化性能良好。采用GA-BP神经网络,由全级配和孔隙比能较好地预测粗粒土的渗透系数,且收敛速度、预测精度及泛化性能均优于标准的BP神经网络模型。

植被混凝土生态修复技术研究进展

生态护坡能有效减少工程建设所带来的一系列地质环境问题,如水土流失、山体滑坡等,作为常用生态护坡技术之一的植被混凝土生态修复技术经过不断的研究与应用已趋于成熟。阐述了植被混凝土生态修复技术的修复理论依据与技术研发历程;从基材配比、物种选择、施工工艺等方面介绍了植被混凝土生态修复技术的主要内容并阐述了技术优势;概述了植被混凝土生态修复技术的研究体系,从生境基材的物理、化学、微生物特性研究和护坡植物研究4个方面总结了技术的研究进展;最后分析了植被混凝土生态修复技术的待改进之处,并从施工工艺、养护措施和土壤改良等方面对植被混凝土生态修复技术的研究提出了展望。

纤维加筋植被混凝土干湿循环下抗剪强度研究

纤维加筋对提高土体强度、改善土体力学性能具有积极作用.为此,本文以植被混凝土基材为研究对象,以未掺入纤维的试样为空白对照样,按0.2%、0.4%、0.6%和0.8%的配比分别掺入棕纤维和玄武岩纤维,开展不固结不排水三轴试验(UU),探讨在15%、25%两种脱湿幅度,0次、5次、10次干湿循环次数下纤维加筋基材的抗剪强度特性.试验结果表明:纤维掺入能有效增大基材的黏聚力,对内摩擦角的影响不明显;棕纤维和玄武岩纤维的掺入量为0.4%时,纤维加筋基材的强度增强效应最好;低幅度干湿循环下基材的抗剪强度先增大后减小,高幅度干湿循环会极大的降低基材的抗剪强度;总体上,棕纤维对植被混凝土基材的加筋效果明显优于玄武岩纤维.

不同土地利用方式下粉壤土粒径分形特征——以鄂西典型小流域下牢溪为例

为揭示鄂西地区小流域下不同土地利用方式对土壤结构和理化性质的影响,以下牢溪小流域内6种土地利用方式的土壤作为研究对象,应用分形理论研究不同土地利用方式的土壤粒径分布(PSD)及其分形特征的差异以及与土壤有机质含量的相关关系,分析土地利用方式的合理性。结果表明:不同土地利用方式下土壤颗粒粒径中粉粒体积分数最高(78.18%~89.03%),林地的土壤颗粒粒径较粗且有机质含量较高;黏粒体积分数与容量维数D_(0)、信息熵维数D_(1)呈显著负相关(P<0.05),与有机质含量呈显著负相关(P<0.01),粉粒体积分数与D_(0)、D_(1)、关联维数D_(2)呈显著负相关(P<0.01),砂粒体积分数与D_(0)、D_(1)、D_(2)、有机质含量呈显著正相关(P<0.01)。由此可知,在土壤质地为粉壤土为主的小流域内林地不仅可以提高有机质含量,还有利于土壤中大颗粒积累,从而提高土壤均匀度。该研究通过对土壤颗粒粒径结构和有机质含量分析,可为下牢溪土壤改良及实际生产提供理论基础,为生态环境治理提供科学依据。

棕榈纤维加筋植被混凝土三轴试验研究

研究棕榈纤维对植被混凝土干湿循环下的抗剪强度及抗变形能力的影响,为提高植被混凝土基材长期稳定性提供必要的科学依据。以植被混凝土基材为研究对象,以未掺入纤维的试样为空白对照样,按0.2%、0.4%、0.6%和0.8%配比掺入棕榈纤维,开展不固结不排水三轴试验,在0次、5次和10次干湿循环下,探讨棕榈纤维加筋基材的抗剪强度特性和应力-应变关系。试验结果表明,棕榈纤维加筋可改善基材破坏性能,使其从脆性破坏变为延性破坏;棕榈纤维掺入量为0.4%时,纤维加筋基材的强度增强效应最佳;棕榈纤维加筋提高了基材的残余强度,降低了基材的软化特性。此外,加筋基材的应力-应变曲线可采用应变软化模型描述。

植物根系固土作用对崩岗稳定性影响的数值模拟

植物护坡是防治崩岗侵蚀的重要方法,为了研究根系固土作用对鄂东南通城县崩岗崩壁稳定性的影响,将根系简化为主直根型,通过室内试验得到崩壁各土层的力学参数,应用Abaqus程序构建造林崩壁稳定性分析模型(将崩壁坡面以直线近似替代),分别计算了主根系长度、种植间距、根系布置位置、主根入土方位、侧根分支角度、根系相对加固位置的变化对崩壁稳定安全系数的影响。模拟结果表明:在控制崩壁植物根系单变量变化的条件下,主根长度越大,崩壁的安全系数越大;安全系数与种植间距之间呈双折线负相关关系;安全系数随着侧根分支角度的增加先增大后减小;安全系数随着根系距坡趾距离的增加先递增后回落直至趋于稳定;只在坡面偏下部的局部范围内种植主根垂直坡面生长的植物时安全系数存在最优值。

三峡库区消落带160~175 m植被生长与土壤环境关系研究

探究不同海拔高程处植物群落与土壤环境间的关系及两者与海拔的变化规律,以三峡库区香溪河段水淹前消落带160~175 m为研究区,运用Pielou指数、Shannon-wiener指数、Simpson指数以及重要值等指标进行植物群落特征调查分析.结合室内分析,研究了土壤pH、容重SD、有机碳SOC、土壤养分(TN、TP、AN、AP)的变化特征,并利用冗余分析(RDA)和Pearson相关性分析研究了土壤理化因子与消落带植物群落多样性的关系.结果显示:植物群落结构简单,物种较少,且随海拔高程的增加植物群落组成和生物多样性显著增加.土壤理化性质随海拔高程的变化呈波动变化,土壤容重逐渐升高,土壤养分含量则先升高后降低.相关性分析结果表明海拔对消落带地区植物群落和土壤环境具有重要影响,而土壤环境与植物群落之间存在相互作用.

植物根系对三峡库区消落带紫色土崩解性能的影响

为研究植物根系对三峡库区消落带紫色土崩解性能的影响,通过设置裸土对照(CK)和根系土样(RS) 2种处理模式试验条件,利用自制崩解装置研究不同坡度下试样崩解过程,对比分析植物根系对紫色土崩解过程和崩解量的影响。结果表明:随着崩解时间的增加,CK和RS这2种处理模式下累计崩解量均呈现先快速增加之后缓慢增加并趋于平稳的趋势,而崩解速率随崩解却呈现不同的变化趋势。植物根系能够显著减小各时段的累计崩解量和前期崩解速率。坡度增加能够增加2种模式下的累计崩解量和最大崩解速率。中低坡度(10°和20°)时植物根系对崩解的影响较大,而在高坡度(30°)时影响减小。与CK相比,植物根系能够降低50%以上的崩解量,表明植物根系能够有效减缓崩解的发生。

鄂东南崩壁不同深度土层微形态特征及稳定性评价

为了深入认识崩壁不同深度土层微观结构特征和稳定性状况,选取鄂东南通城县一处发育完整的崩壁为研究对象,通过观察土壤薄片,定量和定性分析了崩壁6个不同深度土层的微形态特征,在此基础上,采用主成分分析对崩壁稳定性进行评价,并构建了崩壁稳定性评价体系的微形态指标最小数据集(MDS)。结果表明:(1)崩壁不同深度土层微形态差异显著。表土层土壤基质颜色呈现暗红色,基质比较高(0.91),团聚体和孔隙状况发育成熟,孔隙连通性较好。红土层基质颜色以红色为基调,随深度增加逐渐变浅,基质比为0.69(平均值),土壤团聚体结构弱发育,孔隙类型以囊孔和裂隙为主,连通性较差。砂土层主要以未风化完全的矿物颗粒为主,基质比极低(0.25),孔隙类型以矿物颗粒间隙为主。(2)各土层稳定性微形态评价得分从大到小排序为:表土层(TC_(1))>红土层(TC_(2)>TC_(3)>TC_(4))>砂土层(TC_(5)>TC_(6)),与多数土壤微形态指标间呈现显著正相关(p<0.05)。(3)崩壁土体稳定性微形态评价的最小数据集(MDS)由土壤基质颜色、土壤基质类型、土壤基质比、土壤团聚体、土壤微结构、总孔隙百分比和有机质含量7个指标构成。综上,不同深度土层微形态特征差异是崩壁土体稳定性具有层次分异性的重要因素之一。基于土壤微形态分析及建立的最小数据集评价体系,可以对崩壁土体的稳定性进行初步的监测。

含水率及坡度对红壤丘陵区崩岗崩壁重力侵蚀影响规律的有限元分析

花岗岩崩岗区崩壁的坍塌、崩落,主要是由于崩壁岩土体存在裂隙,在雨水作用下,由重力作用引发崩壁失去稳态而崩塌,含水率和坡度是影响崩壁重力侵蚀(稳定性)的重要因素。为系统探索不同坡度的崩岗崩壁剖面在降雨或干旱环境下的稳定性情况,结合对湖北省通城县室内浸泡或风干不同时间的崩壁土体进行直剪试验得出的强度初始参数,选取8种分析坡度,采用Abaqus有限单元强度折减法计算了不同坡度的崩壁在不同含水率下的安全系数和潜在滑动面。结果表明:在同一含水率下,随着崩壁坡度的增大,坡度对临界滑动面位置变化的影响程度减小,安全系数非线性降低;在同一坡度下,随着崩壁含水率的增大,安全系数先增大后减小,含水率对临界滑动面的影响程度先减小后增大再减小,且影响比较显著。通过数据描点发现安全系数与整体含水率之间存在三次函数关系,与坡度之间呈对数型函数分布,并建立了安全系数与整体含水率和坡度之间的一般定量关系式。综合分析崩壁的破坏方式可知,当崩壁较缓时,崩壁滑动面呈圆弧滑移状,失稳类型属于滑移破坏型;当崩壁较陡(尤其>60°)时,滑动面近似直线状,失稳属于崩塌破坏型。坡度越大,张拉破坏区向土体内部延伸的深度越大,越易崩塌。通过查阅文献并与前人的研究成果做对比,来验证数值计算结果的合理性与适用性。成果可为崩岗灾害的防治体系建设提供借鉴。

聚合物包膜尿素保肥特性及作物响应特征

为研究新型包膜肥料[硅藻土改性淀粉-聚乙烯醇(KSP)、膨润土改性淀粉-聚乙烯醇(BSP)、沸石粉改性淀粉-聚乙烯醇(ZSP)]的保肥特性及作物响应特征,以普通尿素(U)为对照,通过土柱淋洗、盆栽试验研究了包膜尿素的保肥效果及其对作物生长的影响。结果表明:KSP、ZSP、BSP处理6、12 d的氮素淋洗量较U处理分别减少13.39%~26.19%、4.27%~19.89%,累积氮素淋洗量分别显著减少16.58%、5.59%、21.65%。施加包膜尿素处理的pH值较U处理显著提高0.6。施用肥料处理的叶绿素含量、可溶性糖含量较U处理分别提高7.05%~12.60%、5.38%~9.66%,包膜尿素处理的油菜、豌豆生物量较未施化肥处理分别增加17.11%~21.58%、37.95%~43.76%,较U处理分别显著增加2.40%~3.81%、2.85%~4.21%。聚合物包膜肥料能提高土壤保肥能力和作物生物量、改善作物品质,具备良好的应用推广前景。

基于龛深及其上覆土层稳定性的崩壁崩坍形成条件研究

[目的]研究龛的形态与崩岗发育及崩岗侵蚀之间的关系,为崩岗治理规划、崩岗防治工程技术的改进提供一定的数据参考。[方法]以湖北省通城县典型崩岗区崩壁土体为对象,构建崩壁连同龛二维数值模型,结合物理试验标定模拟所用的崩壁各土层基本特性参数。引入符合龛演化过程的"单元生死法",对引起天然状态下的崩壁明显崩塌(坍)所需的龛深最小(临界)值进行定量分析,并借助正交有限单元试验(ABAQUS)对诱发崩壁崩坍的因素进行主次评价,之后选取若干未降雨条件下不导致崩壁崩坍的龛深值,联合高阶插值与强度折减法导出了这些龛深与触发龛上覆红黏土体崩坍所需的极限饱和度之间的定量方程式。[结果]龛深与崩壁的稳定性系数呈显著线性负相关;龛上覆土层的含水量是促使崩壁发生崩坍的最重要因子,坡度对崩壁稳定性影响较大,而龛相对高度及崩壁高度均对崩壁的稳定性影响极小。[结论]崩壁崩坍的可能性在很大程度上受控于龛的凹陷深度和龛上覆红黏土体的含水状态,在崩岗侵蚀综合治理时需加以考虑。

大数据技术与人工智能在城市地下综合管廊中应用:回溯、挑战及展望

地上的国土面积很有限,向广袤土地拓展开发利用更多的城市地下空间势在必行,综合管廊能够将多种看不见的城市基础管线、能源设施和智能装备集中安设于一个无障碍地下通道。由于管廊建设项目“全过程”的规建管活动堆积了海量的系统的观测数据,随着21世纪计算机科学技术的进步,大数据和人工智能AI等前沿科技陆续被运用到管廊工程信息化业务发展中。简介大数据及AI基础,展示管廊领域涉及的大数据核心关键技术,深度解析了AI科学与工程大数据相结合的管廊监测、管廊结构安全(耐久)性实时预测与预警实施的技术难点及发展前景,并阐述了借助区块链大数据技术构建管廊综合管理智慧平台的缘由。以“综合管廊”“大数据”“AI”“监测”“神经网络”“运维管理”“预测”“智慧建设”等及其组合为检索关键词,通过调研近五六年来已刊出文献,对管廊工程中大数据智能技术现有的应用研究作了总结与评述。分析认为:从业者不仅应注重面向廊内收容物巡检、人员状态捕捉或相关环境监测的数智化技术创新与应用,更要基于全寿命安全管控理念将目光延拓至结构本体输出量(如变形、加速度、内力、温度)的多步向前预测和智能控制上,建立跨界融合研究和个性化学习的机制,力争管廊服务系统形成自动化、界面化和产业化运作模式。

基于ABAQUS的降雨条件下鄂东南崩岗侵蚀分析

以研究崩壁在地下水抬升与不同类型降雨联合作用下的失稳模式与渗流场特性为目标,基于野外勘查和相关物理分析获取的鄂东南崩岗区典型风化岩土体剖面各层次基本指标数据,尝试从崩壁渗流场与应力场两场耦合的角度,运用数值试验探讨单次降雨诱发下水力因素影响崩岗侵蚀的过程与机理。结果发现:长期小雨环境下,崩壁破坏方式属于崩壁中下部土层局部被淘空与砂土层上覆土体整体滑移相结合;短时强雨环境下则表现为坡面浅层(分层)流滑破坏。但无论何种降雨类型都存在一个促使崩壁砂土层被水蚀并退去后形成凹腔(龛)的降雨前期阶段,直到龛深达到一极限值,龛体积不再扩大,转为历时较短的崩壁失稳前的降雨后期阶段。强降雨入渗产生的渗流区域主要分布在崩壁浅层地表,引起浅层土体持续软化,剪应力明显增大。伴随降雨历时的延长,坡面浅土层出现暂态饱和区且湿润峰(零压面)逐渐向崩壁深处推移,地下水位线逐渐抬升并以出露泉方式对砂土层下部造成机械潜蚀。分析结果与野外观测现象较为一致。