考虑结构面震动劣化效应的岩质边坡块体动力稳定性评价

为解决岩质边坡块体在地震作用下的动力稳定性评价问题,基于结构面的循环剪切数值试验研究结构面的震动劣化效应,从而构建结构面震动劣化数学模型;结合坐标投影原理提出考虑结构面强度震动劣化效应的块体动力稳定性系数计算方法;基于数值分析法研究地震波波动特性对岩质边坡块体稳定性的影响,并进一步基于突变理论提出位移动力响应放大系数突变判据,最后形成一套以块体动力稳定性系数时程曲线和位移动力响应放大系数共同评价块体动力稳定性的评价体系,拓展地震作用下块体动力稳定性评价新思路。研究表明,结构面震动劣化效应不仅受循环剪切幅值、循环剪切次数及相对运动速度影响,还与起伏角度密切相关;通过算例证实了考虑结构面震动劣化的块体动力稳定性系数计算方法的准确性,所提出的以块体动力稳定性系数时程曲线和位移动力响应放大系数的共同评价体系更加安全可靠,将促进块体动力稳定性理论的发展,对边坡地质灾害的防治具有重要的科学意义和应用价值。

超前支护立柱动力稳定性与可靠性研究

针对超前支护立柱顶端受轴向载荷作用,建立立柱阶梯柱形结构的动力偏微分方程,经过转化为二阶常微分Mathieu型参数方程,利用Bolotin方法对其动力稳定性进行数值计算。建立立柱结构的安全余量方程,并成功求解动力不稳定区域边界。分别分析活柱与缸筒不同长度比、立柱不同弹性模量以及活柱与缸筒不同直径比等因素对立柱动力稳定性的影响。结果表明:随着活柱与缸筒长度比的增大,立柱稳定性降低;随着立柱弹性模量和活柱与缸筒直径比的增大,立柱稳定性提高。在此基础上,进行立柱结构的非概率可靠性分析,得到立柱结构的非概率可靠度,即立柱结构的非概率可靠度与活柱和缸筒长度比增减性相反,与立柱弹性模量、活柱与缸筒直径比增减性相同。

远场水下爆炸冲击作用下重力坝动力稳定性的简化时程分析方法

高坝大库的抗爆与防护是国防安全的重要研究课题。该文针对远场水下爆炸冲击作用下混凝土重力坝的稳定安全评价问题,研究了远场水下爆炸冲击波的传播及其与坝体的相互作用过程;基于波动理论和平面波假设,建立了重力坝爆炸动应力场的简化理论计算模型,最终建议了一种远场水下爆炸冲击波作用下重力坝动力稳定性的简化时程分析方法;同时结合工程实际,采用该方法对某混凝土重力坝的动力稳定性进行了分析。结果表明:在远场爆炸冲击荷载作用下,重力坝的稳定安全系数呈现出先增后减再增并最终保持恒定的变化规律;下游坝面反射形成的拉伸波与剪切波的共同作用是导致建基面稳定安全系数降低的主要原因。

铁路基床底层风积沙填料长期动力稳定性研究

为了研究铁路基床底层风积沙填料的长期动力稳定性,以和若铁路某试验段路基为研究对象,开展现场动力响应试验,试验车速分别为5,20和30 km/h,轴重分别为14.5 t和23.5 t,分析动应力随列车速度、轴重及沿深度的变化规律,基于现场测试和以往动三轴试验成果,将临界动应力和累积塑性变形作为评价参数,分别从动强度和动变形2个方面评价和若铁路基床底层风积沙填料的长期动力稳定性。研究结果表明:1)当列车以不大于30 km/h的速度运行时,车速对基床动应力值的影响很小,但轴重的影响十分显著,不同轴重作用下动应力衰减系数沿深度的变化曲线基本重合,动应力经过基床表层衰减约39.7%,传递至基床底层底面衰减约84.6%。2)在和若铁路基床底层范围内,列车荷载产生的动应力为12.86~53.05 kPa,小于风积沙临界动应力66.02~100.21 kPa,从动强度角度来说,风积沙用作铁路基床底层填料满足长期动力稳定性要求。3)基于基床填料的累积塑性应变模型,采用分层总和法计算了和若铁路基床层的累积塑性变形,结果发现列车荷载作用下基床变形主要集中在第1个月,累积变形量为13.59 mm,小于规范允许的月沉降量25 mm,从动变形角度来说,风积沙用作铁路基床底层填料满足长期动力稳定性要求。研究成果可为沙漠地区路基填料选择及基床结构设计提供参考。

平行轴涡动黏性充液转子动力稳定性计算和影响因素分析

超重力离心机转子系统在临界转速之上存在液-固耦合激振诱发的失稳区域,该失稳区域的存在直接威胁充液类超重力离心机转子的安全稳定运行,同时严重制约了离心机转子向高转速、大型化方向发展.本研究旨在探究充液离心机转子的液-固耦合机理及减振措施,通过建立黏性充液转子的流体动力学方程,结合连续性方程以及边界条件并耦合转子的动力学方程,开展超重力充液类离心机转子的动力稳定性的计算方法研究.首先,推导扰动形式的纳维-斯托克斯方程,采用有限差分的数值计算手段求解上述扰动形式的流体动力学方程,得到壁面处的流体压强与流体剪切力并进行数值积分;其次,将所求液体等效主刚度系数及交叉刚度系数与转子动力学方程进行耦合,并采用状态空间法降阶求解动力学方程的阻尼衰减指数和涡动频率.经过对比充液转子系统在变转速区间内的阻尼衰减指数变化瀑布图与交叉刚度变化瀑布图,发现充液转子的稳定性是转子系统的阻尼、刚度、充液比和流体黏性等多个特性参数作用的结果,具体表现为增加转子系统外阻尼以及降低系统交叉刚度对抑制转子失稳与振动具有明显效果.

降雨前后高路堑边坡动力稳定性分析

通过Flac3D软件编写程序建立非饱和边坡渗流模型,根据西南地区气候条件,选取150 mm/d降雨量连续降雨3 d,进一步输入震级为0.1~0.4g的EL地震波,分别对降雨前后边坡在地震作用下的动力稳定性进行研究。结果表明:(1)同一高度位置,边坡水平位移随着地震震级增加而变大,破坏更加严重(2)随着震级增加,降雨前后边坡动力稳定安全系数均逐步降低;(3)降雨对边坡在低震级作用下的稳定安全系数影响较小,对高震级下的稳定安全系数影响更为显著。

考虑高程放大效应的边坡动力稳定性分析

为了在进行露天边坡动力稳定性分析时,准确计算拟静力法中的等效静荷载,采用考虑振速高程放大效应的经验拟合公式进行等效静荷载计算,探索高程放大效应对边坡动力稳定性的影响。以某露天矿山为背景,使用ANSYS/LS-DYNA建立数值计算模型,分别对使用萨道夫斯基公式和考虑高程效应的经验公式下的振速预测值、等效静荷载和边坡稳定性进行分析。研究结果表明,多级台阶边坡存在振速高程放大效应,且高程效应出现在靠近坡面的顶缘位置;通过考虑高程效应的经验公式预测的质点峰值振速相比于萨道夫斯基公式更加合理,并且能较准确地反映高程放大效应。通过考虑高程效应的经验公式计算所得安全系数大于萨道夫斯基公式所得值,但较后者更加精确,计算结果更加可靠。研究可增强边坡稳定性评价结果的可靠性,为边坡岩体动力稳定性评价提供一种新方法。

考虑贯通型结构面强度震动退化的岩质边坡动力稳定性研究

考虑结构面抗剪强度震动退化效应对分析与评价岩质边坡动力稳定性具有重要意义。基于岩石动力试验获取了多因素影响的结构面强度震动退化系数方程,结合极限平衡理论和动态矢量法原理,以UDEC程序作为计算引擎,采用其内置Fish语言编程实时刷新结构面强度特性参数和捕获任意地震历时时刻边坡地震惯性力,并以最小平均安全系数法求解边坡最终动力稳定性评价指标值,从而提出了一种考虑结构面强度震动退化的边坡动力稳定性系数动态算法。研究表明:结构面强度震动退化系数是取决于岩块间循环剪切次数、循环剪切幅度及相对运动速度响应值的动态变量;将该算法应用于含贯通型平直状结构面边坡动力稳定性算例中,其分析结果表明,动力作用时程内考虑结构面强度震动退化的边坡动力稳定性系数较未考虑该效应时的系数衰减更为明显,即前者计算结果更符合一般性自然规律,亦即验证了该算法的可行性;结构面最小强度震动退化系数随动力激励时程变化近似呈负指数函数形式逐渐衰减,且当结构面初始黏聚力(内摩擦角)越大、而坡角(层面倾角)或动荷载幅值(频率)越小时,地震历时过程中边坡最小动力稳定性系数越大,此时边坡最终动力稳定性相对越强。

更高速度条件下高速铁路路基动力响应及长期动力稳定性研究

高速铁路路基结构设计合理,可避免长期列车动力作用导致的路基累积变形,以确保行车安全。为提出更高速度条件下满足长期动力稳定性要求的高速铁路路基结构,本文建立高速铁路轨道-路基有限元动力分析模型,分析列车以更高速度运行条件下不同基床结构的路基动力响应,对该动荷载条件下满足路基长期动力稳定性的基床厚度进行设计。计算结果表明,动应力、动变形不是限制基床厚度的主要控制条件;为满足长期动力稳定性要求,基床厚度设计应以基床底层顶面动剪应变和累积附加沉降量作为设计指标,基床表层厚度不应小于0.4 m,基床底层厚度不应小于2.3 m。本文系统分析了不同基床结构的路基动力响应和长期动力稳定性,所得成果可对高速铁路路基基床结构设计提供理论支撑。

主余震作用下不同货载工业货架的动力稳定性数值分析

以10层8跨钢结构货架为例,基于地震设计反应谱挑选3组典型自然波并构造1组人工地震波作为主余震序列的输入,对常见的0.5、1.0、1.5、2.0 t托盘负载的货架进行非线性时间历程分析,以评估主余震环境下不同货载对货架结构抗震性能的影响。结果显示:峰值加速度较大的汶川地震波和Kocaeli地震波冲击可直接导致货载为1.0 t以上的货架在余震中倒塌;在长持时Chi-Chi地震波和人工地震波的主余震作用下,较大货载(2.0 t)的货架结构稳定性严重退化。综合结构模态振型以及层间位移角、结构件塑性铰程度等指标分析结果,在地震烈度为7度及以下的地震环境中,货载为1.5 t与M120A-B100工业货架适配时货架具有较好的抗震性能。

软土地基上重力式防波堤动力稳定性及长期变形特性研究

为解决海相软土地基中重力式防波堤在循环波浪荷载作用下的稳定性问题以及地基土的长期变形,该文以山东省滨州北海经济开发区岔尖渔港新建防波堤为研究对象,研究方法为室内试验和数值模拟。结果表明,软土的抗剪强度与固结度、围压和偏应力均明显相关;随着循环荷载加载次数的增加,不同围压条件下软土的累计塑性应变、剪切应力应变关系均呈现出明显的分段变化规律,在小应变阶段表现为线形变化,在大应变阶段趋于不断收敛;在循环荷载作用下,软土地基发生蠕变,其左侧的沉降量最大,随着时间的增加,重力式防波堤的竖向沉降变形表现为明显的非线性,且沉降趋于稳定的时间较长,6000d以后才达到收敛值0.435m。

基于GEO-Studio的某尾矿坝动力稳定性分析

针对某尾矿坝动力稳定性问题,基于尾矿库实测地形图与岩土地层勘察资料,依据地形概化的方法,建立反映尾矿库地形、地质结构特征的数值计算模型。运用GEO-Studio的QUAKE分析模块进行现状及最终尾矿坝动力稳定性分析,研究了该尾矿坝在地震波作用下的液化情况、加速度响应、位移变化、安全系数的规律,研究结果表明,该尾矿坝可在洪水工况下稳定运行,可以作为工程设计的参考依据。

探究岩质边坡动力稳定性方法研究现状

边坡在自然环境和工程活动中普遍存在,在自然状态下边坡一般能保持稳定,但是在地震作用下,边坡失稳产生的滑坡灾害,会造成大量人员伤亡和经济损失。对于边坡动力响应下稳定性的问题,对目前主要的研究方法——理论分析法、振动台试验与数值模拟进行了分析与总结,并指出了一些可以继续深入研究的方向。

岩体动力稳定性数值分析方法的特点与比较

地震作用易引起一系列的岩土工程安全问题,岩体动力稳定性评价方法是岩体动力稳定性分析的核心。本文首先对岩体动力稳定性数值分析的理论和方法进行了简要概述,然后在此基础上通过比较各类方法的特点,得出了它们之间的区别与对工程的适用性,最后总结了理论存在的不足和今后实际应用时应注意的事项。

基于双折减系数法的含软弱结构面岩质边坡动力稳定性研究

鉴于等比例强度折减法在折减过程中对粘聚力和内摩擦角采用同一系数,并不能真实模拟出结构的失稳破坏过程。依托于某一实际水利工程设计资料,建立该工程岩质边坡的非线性有限元模型,并在计算中重点考虑断层及岩层层面等软弱结构面的影响,基于双折减系数法对该含软弱结构面的岩质边坡在动力作用下的稳定性进行了研究,并与等比例强度折减法的结果进行对比。研究结果表明:双折减系数法得到的安全系数略大于等比例强度折减法,边坡失稳时的特征点位移值偏大,说明等比例强度折减法计算结果偏于保守;采用双折减系数法分析含软弱结构面岩质边坡动力稳定性是可行的,且能更加真实地反映出结构在失稳破坏过程中粘聚力和内摩擦角各自的安全储备。

反复微震作用下顺层及反倾岩质边坡的动力稳定性分析

水库蓄水后诱发的高频次微小地震在一定程度上会对区域地质体的稳定性产生重要影响。本文采用振动台试验、UDEC数值分析方法,对顺层、反倾两类典型岩质边坡在反复微小地震作用下的动力稳定性进行了深入研究。结果表明：两类边坡的加速度响应均表现出＂高程效应＂和＂趋表效应＂,且随地震作用次数的增加,坡体损伤（表现为层面与次级节理的起裂、扩展、贯通）不断累积,造成两类边坡的动力响应均呈现减弱的趋势;在反复微震作用下,边坡自振频率减低和阻尼比增大是其动力特性变化的基本规律;边坡累积永久位移随着地震作用次数的增加而增加,而稳定性系数则呈现递减趋势;在反复微震作用下,顺层坡的后缘竖向拉裂缝逐渐向下扩展并与下卧层面连通,边坡主要发生沿层面的整体滑移失稳模式;反倾坡首先在坡肩及坡面出现块体崩落,随后上部岩层逐层剥落,最终形成圆弧形破坏面,边坡以坡肩处发生落石、中上部岩层发生崩塌为主要破坏特征。

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。

九寨黄龙机场填方高边坡动力稳定性分析

九寨黄龙机场工程土石方总量超过4?07 m3,填方边坡最大高度102 m。填方地基为砂层、卵石层、粉质粘土、砾岩及泥岩等组成的第四系河流沉积,结构复杂,物理力学特性变化大,场地附近有3条大的活动断裂,地震烈度为Ⅷ度。作为拟静力法计算结果的补充,用三维有限元与拟静力分析相结合的方法对填方高边坡动力稳定性进行研究。结果表明:在烈度为Ⅷ度的地震作用下,填体发生大规模整体滑移的可能性较小,但可能发生分离式破坏;受边界条件的控制,填体稳定性对来自岷江断裂方向的地震要比来自雪山断裂方向的地震更为敏感。

金鼓高速远程滑坡形成机制及动力稳定性

综合运用多学科理论和方法,对汶川地震触发的金鼓高速远程滑坡形成机制及动力稳定性进行研究。在工程地质定性研究方面,通过对滑坡区的地形地貌、地层岩性、构造与地震以及水文地质条件的综合研究,分析高速远程滑坡的形成机制,将其划分为紧密发生的2个演化阶段:第一阶段为上部滑体被抛掷分离,第二阶段为下部受铲刮发生二次滑坡。在岩土力学定量研究方面,进行以下3个方面的工作:(1)以FLAC3D作为动力分析的数值计算引擎,采用自行开发的基于多层次微粒群的非圆弧最危险滑动面搜索并行程序,获得滑坡的动力稳定系数时程及其对应的最危险滑动面的空间分布规律,研究动力稳定系数的频域特征;(2)通过2种潜在破坏模式的对比研究,指出金鼓高速远程滑坡2#滑动面簇发生主导破坏的可能性更大,并可触发二次滑坡;(3)依据空气动力学定量计算,论述上部滑体长距离抛掷是完全有可能的。综合研究表明,岩土力学定量分析结果与工程地质定性成果相吻合,进而将金鼓高速远程滑坡孕育的先决条件归纳为以下4条:力学性质差、高位剪出、下降空间开阔、初速度足够大。

层状结构岩质边坡动力稳定性试验研究

介绍了所进行的层状结构岩质边坡动力稳定性试验。结果表明,在水平地震动加速度达到0.4g时,层状结构岩质边坡就会出现局部的层间错动现象,当水平地震加速度达到0.8g时,层间结合力较弱的边坡将发生大面积的表面滑动和崩塌。而在铅直地震力作用下,当地震加速度达到1.0g时,才会出现破坏现象。因而对层状结构岩质边坡来说,其水平地震力造成的危害是主要的。