基于参数劣化的软硬相间顺层边坡稳定性研究

三峡库区侏罗系地层具有独特的软硬相间的岩性组合和结构特征,侏罗系砂泥岩软硬相间地层是该地区典型的易滑地层,是滑坡集中发育的地层之一,也是三峡库区滑坡防治工作中的重点区域。为深入研究软硬相间层状岩质边坡的稳定性,通过对理论概化模型的分析,构建了软硬相间顺层岩质边坡的参数劣化计算模型。考虑风化作用对岩体结构面抗剪强度参数劣化的影响,引入空间变异函数,提出软硬相间层状岩质边坡结构面抗剪强度参数劣化模型,导出软硬相间层状岩质边坡沿层面方向抗剪强度参数劣化的函数表达式,表征了分析点的风化影响厚度与其强度参数的一一对应关系,有利于边坡稳定性的定量分析。利用该函数表达式对沿层面方向岩体的强度参数进行劣化,利用劣化后的强度参数进行稳定性评价,得到分析点至坡面距离与该点稳定系数的对应关系曲线,并结合三峡库区边坡实例进行了验证分析,指出软硬相间层状岩质边坡岩体抗剪强度参数的劣化对其稳定性评价具有较大影响,单平面滑动的稳定分析中抗剪强度参数沿层面恒定分布的假定具有一定的局限性;若不考虑结构面抗剪强度参数的劣化,可能导致稳定性计算结果偏于不安全。

岩体力学参数劣化对岸坡稳定性影响分析

基于强度折减理论,以ABAQUS有限元软件为平台,以数值计算不收敛为边坡失稳的判据,对云南富宁港岸坡安全系数随岩体参数的变化进行了数值模拟,结果表明:随着岩体强度的变化,岸坡稳定性由安全状态到临界状态,最后变为不安全状态;周期性浸泡对岩体力学参数的劣化会导致岸坡稳定性降低。

酸性环境饱水时间对红砂岩力学参数劣化规律研究

水岩耦合作用是引起水电站库岸边坡失稳的重要因素,探究饱水作用下岩石力学性质弱化规律是分析涉水边坡稳定性的基础。选取常见红砂岩为研究对象,进行酸性环境不同饱水条件的岩石力学试验,试验结果表明:饱水过程中红砂岩试件的抗压强度、弹性模量、抗拉强度逐渐减小,劣化程度不一,且随着时间的延长,损伤程度逐渐加深;通过三轴压缩试验分析红砂岩试件的抗剪强度参数,岩石的内聚力、内摩擦角逐渐劣化,且与饱水时间可以表征为对数变化关系,建立岩石抗剪强度损伤变量,定量分析饱水条件对红砂岩试件的损伤程度。研究成果对于涉水工程的岩体力学性质的劣化规律具有较大参考价值,同时为边坡稳定性分析提供基础试验依据。

地下洞室松动圈岩体参数劣化分析模型

为探索一种能够表达围岩松动圈时空效应的定量分析方法,在现有松动圈分析模型的基础上引入位移、空间相关量,建立了能够反映松动圈岩体参数劣化特性的位移-半径相关定量分析模型,明确了待定参数的物理意义及取值范围。并通过地下洞室施工现场声波测试结果,验证了模型的合理性和工程适用性。结果表明:由模型得到的结果能与实测数据相吻合,并能够充分反映出参数劣化沿深度方向的变化规律,具有良好的工程适用性。

敏感因素劣化对导堤边坡稳定性影响的数值模拟

以吴淞导堤工程为案例,基于超声波现场检测及室内强度试验、探地雷达现场检测试验、潜水员水下探摸及测量结果,分别评价导堤在长期运营过程中护面混凝土结构、内部堆石结构、导堤两侧坡度变化以及两侧冲淤演变等敏感因素的劣化程度,并采用有限元数值模拟方法研究导堤护面混凝土结构等4种敏感因素劣化对导堤边坡变形及稳定性的影响。结果表明:导堤护面混凝土及内部堆石结构弹性模量与导堤水平位移最大值均呈负指数关系;导堤安全系数随着坡度的增大而呈现出近似线性减小;导堤位移的最大值随着导堤左侧淤积和右侧冲淤高程的增加呈线性增大,在实际加固维护方案设计中应该引起重视。

考虑劣化效应的三峡库区某岸坡抗震性能分析

三峡库区蓄水之后,在库水位大幅度升降变化、降雨、高频中低强度地震等因素作用下,库岸边坡岩土体物理力学特性不可避免地存在逐渐劣化的趋势,这将直接影响库岸边坡的变形稳定。基于此,以三峡库区某库岸边坡为研究对象,考虑岩土体抗剪强度参数的劣化效应,对其抗震性能进行了分析评价。结果表明:对于该库岸边坡,(1)在各特征水位情况下,随着库水位的上升,岸坡的整体安全系数略有增加,随着地震加速度的增加,岸坡安全系数降低趋势明显;(2)在各级地震作用下,考虑岩土体抗剪强度参数劣化效应之后,岸坡的抗震能力逐渐降低,岸坡堆积体中下部可能出现局部失稳破坏,随着库水位的上升,岸坡不稳定区域的后缘逐渐上升。研究思路和成果可为库岸边坡长期稳定性评价和加固提供较好的参考。

隧道围岩动态损伤劣化的累进性破坏数值模拟

隧道开挖卸荷,围岩产生弹性-塑性-松动变形,实际上是一个累进性损伤过程。基于连续损伤力学理论,通过室内岩石单轴压缩试验及声发射技术,研究岩石受荷作用下的损伤演化特性。结合Weibull统计分布规律,得到了损伤变量与岩石累积应变的数学关系,推导了损伤后力学参数劣化修正表达式。基于FLAC3D软件的二次开发应用,建立三维数值分析模型,对隧道的开挖过程分别进行常规数值模拟和动态损伤数值模拟,从应力、位移、塑性破坏区分布特点以及损伤特性等方面进行对比分析。结果表明:考虑动态损伤计算的拱顶沉降和洞周收敛位移与隧道开挖现场监测值更接近,能更好地反映隧道开挖围岩变形破坏的过程与范围。

复杂地下洞室围岩开挖扰动空间效应参数化研究

复杂地下洞室围岩开挖扰动区的形成和发展具有明显的空间效应。岩体开挖扰动损伤总体上表现为岩体变形模量的劣化。考虑到基于厚壁圆筒弹性力学分析的弹性模量压力和半径相关模型的应用局限性,提出开挖扰动区岩体变形模量的半径-位移相关模型,并对模型的多洞室适用性和参数敏感性进行了分析。该模型实质上是一个参数场模型,通过变形模量劣化参数场分布量化揭示开挖扰动的空间效应。以瀑布沟水电站大型地下厂房洞室群工程为例,基于位移监测信息,应用半径-位移相关模型对主厂房围岩开挖扰动的空间效应及围岩稳定性进行了参数化分析。围岩变形模量劣化参数场沿厂房轴线具有明显的空间不均匀性,沿深度方向呈现指数函数分布特征。结果表明:该模型为开挖扰动区岩体变形模量参数的确定提供了合理的数值计算方法;通过岩体变形模量半径-位移相关模型参数化分析开挖扰动的空间效应,对于地下洞室施工期快速监测反馈和围岩安全稳定性评判以及支护优化设计具有显著的工程适用性。

基于应变软化特征的含软弱层公路边坡稳定性研究

西部山区高速公路建设过程中经常由于边坡开挖而容易导致失稳事故。研究发现,大量公路边坡内的软弱夹层的岩体强度具有显著的应变软化特征。为了研究应变软化后对边坡稳定性的影响程度,以沪蓉西高速公路某典型含软弱夹层边坡为实例,对应变软化模型和理想弹塑性模型进行了对比研究。结果表明:①2种模型计算所得出的最大不平衡力、水平位移、塑性区和塑性剪应变的变化规律基本相同,每次开挖后均累计增大,但是采用应变软化模型计算的累计值和范围均大于理想弹塑性模型;②每次开挖的瞬间会产生最大不平衡力峰值,随后迅速减小,拉应力带主要分布于开挖卸荷面附近以及坡顶面附近10 m内;③软弱夹层的分布位置对边坡的稳定性影响很大,坡脚前缘软弱夹层易发生剪破坏,边坡后缘软弱夹层易发生拉破坏。应变软化模型的稳定系数比理想弹塑性模型的稳定性系数小,综合得出,影响含软弱夹层边坡稳定性的关键是开挖后软弱夹层的强度参数劣化程度,采用应变软化模型反映了这一渐进性的破坏过程,与实际情况相符,而理想弹塑性模型未反映出这一劣化特征,计算结果偏危险。

隔河岩水电站边坡岩体宏观力学参数的有限元反演分析

首先根据隔河岩水电站边坡的特点,选择具有控制性影响的区域的岩体,建立数值模拟试验模型;接着采用卸荷岩体力学参数的分析方法,利用大型有限元分析程序ADINA对其进行反演分析,得出其宏观力学参数和这些参数的劣化规律。

基于平行黏结模型的水-岩作用下砂岩蠕变模拟及损伤机制研究

为探明库水位周期性升降作用下消落带岩体蠕变损伤机制,基于PFC中的平行黏结模型(parallel bond model,PBM),考虑水-岩作用对黏结的弱化和材料特性随时间的变化,提出水-岩作用下砂岩蠕变的离散元模拟方法,并在室内试验基础上开展水-岩作用下砂岩蠕变模拟。研究结果表明:在破坏应力水平下,试样微裂纹扩展与蠕变应变规律相似,可分为衰减扩展阶段、稳定扩展阶段、加速扩展阶段,且随水-岩作用周期增加,加速扩展阶段的耗时占总耗时的比例增大;试样蠕变破坏时,随水-岩作用周期增加,剪切裂纹占比逐渐增加,微裂纹倾角分布逐渐分散,倾角分布在65°和115°附近的微裂纹逐渐增加,试样的张性破坏减弱,剪性破坏增强;水-岩作用下,试样能储存的最大胶结能不断降低,且储存相同胶结能时对应的应变不断增大,与实际岸坡在水-岩作用下岩体整体承载能力降低、变形增大的规律一致。提出的水-岩作用下砂岩蠕变模拟方法具有较好的可行性,为库岸边坡岩石在库水位升降影响下的模型研究提供理论基础。

考虑温度和围压耦合作用下岩石蠕变模型的建立

为研究砂岩在温度和围压耦合条件下的蠕变特性,采用MTS815.02试验机对砂岩进行三轴蠕变试验。以损伤的角度出发,假设砂岩在加载蠕变变形过程中的蠕变性质和力学性质产生劣化,将蠕变参数定义为与时间和应力有关的函数,进而建立考虑蠕变参数劣化的蠕变本构模型。结果表明:考虑温度的蠕变模型与不同温度作用下的试验数据具有良好吻合度,且相关系数均在0.90以上,这说明该文所建立的考虑温度的蠕变模型是合适的、可行的,该模型对于不同温度作用下砂岩的蠕变特性具有较好的描述,尤其是对加速蠕变的描述,故可以采用该模型作为后续数值计算的二次开发模型。

考虑油膜动态承压与表面粗糙度的齿轮传动效率特性

齿轮传动效率是衡量机械传动系统性能的重要指标,受油液、结构特性、运行工况等多方面影响。考虑油膜动态承压与表面粗糙度引入承载比例函数,并结合最小势能原理建立圆柱齿轮机械摩擦阻力损失预测模型。定量分析了油液特性、负载工况以及接触面粗糙度对传动效率的动静态特性影响规律,并研究了多因素耦合作用下技术状态劣化对传动效率的影响特性。结果表明,啮入啮出与单双齿啮合交界区的动态传动效率受油液性质影响较大;负载转矩与转速对平均传动效率的不利影响最大,表面粗糙度与油温次之;多因素耦合劣化会加剧动力传输有效性的降低;不同类型的劣化状态对传动效率的影响规律不同,可作为齿轮传动性能劣化分析与识别的基础。

西安某湿陷性Q_(2)黄土场地建筑地基沉降分析

为研究湿陷性Q_(2)黄土场地建筑地基在降雨入渗影响下的沉降变形规律,首先通过压力板试验和直剪试验研究了Q_(2)黄土的水力—力学特性,拟合了黄土的非饱和渗流参数和随含水量变化的力学参数表达式;其次,基于试验结果提出了一种考虑土体湿陷性的地基沉降数值模拟方法,并以西安某Q_(2)黄土场地上临近雨水入渗点的建筑地基为依托,分析了降雨入渗下的建筑地基的沉降变形特征。结果表明Q_(2)黄土具有显著的湿陷性,粘聚力、内摩擦角、变形模量随含水量的增加而近似线性劣化,文中提出的数值模拟方法可以较好地模拟出Q_(2)黄土的这一特性;Q_(2)黄土场地建筑地基在雨水入渗工况下,考虑地基土体湿陷性的沉降变形分析结果相对于不考虑湿陷性的分析结果而言,地基沉降变形最大可增加2倍左右,考虑湿陷性的地基沉降分析结果更符合工程实际。

压敏电阻劣化敏感参数分析与劣化模型构建研究

压敏电阻作为浪涌保护器的重要部件,在铁路的雷电防护领域内有着大规模的应用,其工作状态决定着防雷的实际效果.对压敏电阻开展状态感知和劣化评估可以有效避免因防雷器件失效而引发的浪涌入侵事故.本文以实验的方式采集了压敏电阻在整个寿命周期中的若干劣化敏感参数,首先对各个参数的变化趋势进行了分析,然后采用k最近邻和线性回归的方法构建了压敏电阻的劣化模型,并进行了验证.本文构建的模型具有较高的正确率,提供了一种压敏电阻的现场监测方法,能够实现防雷系统中元器件级别的状态监测,为铁路电务系统中雷电防护系统的智能运行维护提供了参考.

软弱夹层粘聚力对浅埋、顺层软弱围岩隧道群施工围岩及初支受力、变形规律研究

与顺层地质伴生的软弱夹层参数往往缺乏相应实测值,当隧道群洞迎面下穿低缓软弱顺层仰坡进洞时,通常会开挖坡脚和大量挖方,若软弱夹层由于施工扰动、降雨等作用发生参数劣化,易造成施工风险。对此,文章以龙泉山2号隧道为依托,采用数值模拟方法不断劣化软弱夹层粘聚力,研究其对隧道施工产生的具体影响。通过分析得出以下结论,(1)只要软弱夹层存在,不良影响均会出现在软弱夹层所在区域,粘聚力降低会增大不良影响;(2)不良影响虽然随粘聚力减小而增大,但表现出非线性特征,即粘聚力降低越多,速度越快;(3)K线隧道劣化最为严重,大小顺序均为K>D2>D1≈D3,在施工过程中应重点监控K线隧道情况。

坝肩高边坡层间错动带剪切蠕变特性与模型研究

高坝工程坝肩边坡岩体深部层间错动带的蠕变力学特性与蠕变损伤特性,直接影响着水电工程的长期稳定性与整体安全性。以某坝肩高边坡岩体层间错动带的剪切蠕变力学试验为基础,研究了层间错动带的剪切蠕变力学特性,分析了层间错动带的长期剪切强度参数和加速蠕变特性及蠕变速率变化特征;通过对层间错动带加速蠕变过程中损伤演化特性的分析,研究了考虑层间错动带岩体力学参数弱化和伴随加速蠕变变化的蠕变损伤效应,并基于西原流变模型和蠕变损伤演化方程,建立了能够反映高边坡层间错动带蠕变损伤演化过程的本构模型;而后通过对比数据拟合结果与试验结果,对提出的本构模型进行验证,显示所建立本构模型的正确性与合理性。

不同卸围压速率下粉砂岩力学特性数值模拟研究

针对煤矿现场复杂高应力围岩巷道顶板变形、破坏实际,利用ANSYS Workbench进行数值模拟,研究了粉砂岩卸围压过程中的变形特征、力学参数劣化效应。模拟结果对煤矿地下施工与支护有一定的指导意义。

基于Hoek-Brown准则的冻融循环条件下露天煤矿边坡岩体力学系数修正

在露天矿边坡稳定性计算和评价过程中,边坡稳定性评价结果与岩体力学参数的选取密切相关。而在冻融循环条件下,岩石的物理力学参数随着冻融次数的变化而变化。首先通过室内模拟的方法对粗砂岩和细砂岩进行不同次数的冻融循环试验,然后进行一系列的单轴和三轴压缩试验,得到冻融循环条件下完整粗砂岩和细砂岩的物理力学参数;基于Hoek-Brown强度准则中的爆破扰动参数D,提出冻融循环劣化参数Df,利用修正的Hoek-Brown准则得到冻融循环条件下岩体力学参数,并分析了边坡岩体的破坏模式。结果表明:随着冻融循环次数的增加,粗砂岩和细砂岩的单轴抗压强度、弹性模量和黏聚力降低减小,内摩擦角变化较小;而岩体的单轴抗压强度、整体抗压强度、抗拉强度、变形模量、黏聚力和内摩擦角均减小,这说明岩体在冻融循环环境中是不断损伤的,质量逐渐变差;随着冻融循环次数不断增加,岩体的抗剪强度劣化在不断加速,边坡的破坏形式主要为剪切破坏。修正的岩体力学参数为露天矿边坡稳定性分析提供更为准确的数据。

重载铁路特大桥技术状态评估

以某重载铁路特大桥梁为例,根据实际桥梁的结构特点,总结铁路重载桥梁的劣化评定内容,通过动力性能测试和外观检测,对桥梁进行技术状态评估,为桥梁的养护、维修及运行提供科学依据。