基于物理试验的海底滑坡涌浪研究

灾难性海啸有时由海底滑坡运动造成,海底滑坡的涌浪产生过程研究是海啸研究的关键。海啸形成主要受控于滑体的几何尺寸、滑动速度、水深、滑动角度等因素。基于这些因素,文章设计并实施了水下刚性滑块正交物理实验。试验中滑块的厚长比在0.035~0.180之间,斜坡滑道的倾角在10°~16°之间,Froude数处于0.18~0.70之间。试验分析表明初始涌浪形成早于滑块停止;初始波谷(最大波谷)是在滑动最大速度时产生的,波谷位置也是速度最大时滑块的质心位置。初始涌浪波的典型特征是大的波谷与小的波峰。利用试验的输入输出数据,回归推导形成了最大波谷和最大波峰计算公式。试验分析结果深化了对海底滑坡产生海啸的认识,为海底滑坡海啸预测提供了基础和技术支撑。

盾构隧道环向开挖面破坏机制及剪胀效应研究

采用刚性滑块构建两种圆形隧道失稳环向开挖面破坏模式,利用编制的非线性规划程序求解隧道失稳环向开挖面支护力系数σT/c(σT为均布支护荷载,c为有效黏聚力)最优上限解及地层破坏模式,揭示地层参数对隧道稳定性的影响,提出简单实用的极限支护力简化公式。研究结果表明:不排水条件下,当隧道埋深比H/D(H为埋深,D为隧道直径)和重度系数γD/c(γ为重度)较小时,破坏区域主要集中在隧道中上部,随着H/D和γD/c增大,滑移线起始位置沿着隧道轮廓逐渐向隧道底部扩展,破坏区域向水平方向扩展。排水条件下,地层破坏模式主要有3种。当内摩擦角φ和γD/c较大时,随着剪胀系数的减小,极限支护力和地层破坏范围变化较大,甚至可能引起破坏模式的改变。针对不同深度提出的极限支护力简化公式可快速获得隧道环向开挖面极限支护力。

非均质成层边坡极限承载力上限分析

极限承载力一直是采矿、岩土等领域关注的难点和热点问题,严重影响着边坡与邻坡建(构)筑物的安全稳定性。基于极限分析上限定理,考虑边坡滑动溢出位置不确定性影响,建立3种模式的非均质成层边坡刚性多滑块破坏机制,推导出边坡极限承载力上限解,并采用序列二次规划算法(SQP)求其最优值。以三岔露天矿北帮为工程背景,通过与数值计算结果对比分析,验证本文方法的有效性,进而开展不同坡角和排土场距坡肩距离影响分析。结果表明:(1)本文方法计算结果与数值计算结果吻合度较好,表明本文方法边坡极限承载力上限解合理有效;(2)边坡极限承载力与坡角大小呈线性负相关,与排土场距坡肩距离呈线性正相关,相比于排土场距坡肩距离而言,坡角对边坡承载力影响更为敏感;(3)坡角变化对边坡失稳模式影响较大,而排土场距坡肩距离的变化对边坡失稳模式影响不明显;(4)坡角和排土场距坡肩距离均对滑裂面起始位置和溢出位置有影响,滑裂面起始位置受排土场距坡肩距离影响较大而受坡角影响较小,滑裂面溢出位置受坡角影响较大而受排土场距坡肩距离影响较小。相关研究成果有望为边坡及邻坡基础设计提供理论支持。