基于三维离散元堆积碎石土细-宏观力学参数相关性研究

以室内三轴压缩试验为基础,运用PFC3D离散元软件生成含有不同形状碎石块的1∶1堆积碎石土数值模型,标定得到相应的细观参数(相对误差控制在10%以内)。改变细观参数,定量探讨其与宏观力学参数(粘聚力和内摩擦角)关系,得到细观参数与粘聚力、内摩擦角的细-宏观参数关系式,并对其可靠性进行了验证。研究发现,(1)粘聚力与接触粘结力、颗粒摩擦系数呈线性正相关;同时受粘结力比值M=σc/τc的影响,当M<1时,粘聚力随着M的增加而线性增加;M≥4时,粘聚力趋于稳定。(2)内摩擦角与颗粒摩擦系数呈对数关系,与接触粘结力呈抛物线关系。(3)细-宏观参数关系式是在含水率为7%室内试验结果基础上研究得出,将关系式运用到含水率为9%和11%的室内试验结果进行标定验证:依据含水率为9%和11%室内试验得到的c和φ值,运用细-宏观参数关系式计算得到细观参数,经验证其数值-室内试验结果相对误差在10%以内,说明通过细-宏观力学关系式得到的细观参数符合精度要求,关系式可靠。为后续土石混合体数值试验研究者进行细观参数标定工作提供了参考依据。

堆积碎石土斜坡浅表入渗的空间分布与变异性研究

为探究强降雨下堆积体斜坡入渗参数的空间分布与空间变异性,通过筛分试验及双环入渗试验分别对堆积体斜坡试验点不同粒径区间碎石质量分数、碎石土渗透系数、饱和渗透系数、不同深度碎石土含水率进行测量,对数据进行普通Kriging插值统计分析,运用交叉检验选定合理理论模型与参数,获得其空间分布与变异性特征。研究结果表明:测试区碎石土入渗符合Kostiakov模型;不同粒径区间碎石质量分数采用高斯半变异函数理论模型空间插值精度最高,碎石土渗透系数和不同深度碎石土含水率采用球状半变异函数理论模型空间插值精度最高;粒径大于10 mm碎石主要分布于坡顶与坡腰区域且使该区域碎石土渗透系数的空间变异性相对较大,细小碎石(粒径2~10 mm)则聚积在坡脚位置,碎石土渗透系数速率沿坡面由上至下呈逐渐减少的空间分布趋势;浅土层(0~15 cm)坡腰含水率比坡顶、坡脚要高,而深土层(15~25 cm)坡脚含水率比坡顶、坡腰要高,且随深度增加缓慢上升。研究结果可作为碎石土滑坡降雨致滑的理论参考依据。

颗粒离散元模拟堆积碎石土变形的参数灵敏度分析

采用颗粒离散单元方法,实现任意形状块石的模拟,基于室内试验数据标定滑坡坡体物质的堆(残、坡)积碎石土的细观参数,并考虑试样尺度效应,对影响堆积碎石土宏观变形特征的细观参数进行虚拟试验敏感度分析。研究表明,1以三轴剪切试验获得测试数据并标定颗粒离散元细观参数具有相对误差在5%以内的可靠性;2虚拟模型1(101mm×200mm)与模型2(300mm×600mm)对标定的细观参数具有尺度效应,但其相对误差控制在9%以内;3离散元颗粒间的摩擦系数与碎石土的内摩擦角、抗剪强度及残余强度为非线性正相关,摩擦系数每增加0.1,峰值主应力差平均增加118.85kPa,残余强度平均增加90.44kPa;4围压越大,材料的剪胀性越弱,围压在100kPa^500kPa时,剪胀特征值K在3~6之间变化,随着围压增加,模型破坏时的粘结力以近线性增加;5杨氏模量越大,碎石土的抗剪强度越大,但两者之间并不成线性关系,且不同杨氏模量对材料的残余强度没有显著影响。

堆积碎石土斜坡浅表现场入渗试验研究

为探究强降雨下堆积体斜坡浅表入渗规律,通过自制双环入渗仪分别对堆积碎石土饱和导水率和不同深度土层含水率进行现场试验,对堆积碎石土斜坡渗透特性在不同位置的空间变异性进行了研究。研究结果表明：测试区碎石土现场入渗过程符合Kostiakov模型;饱和导水率在南北方向（斜坡长轴方向）、东西方向以及坡顶、坡腰、坡脚区域的空间变异性均属于中等变异,坡表含水率在空间整体分布下变异系数相对较大（中等变异）,而在垂直方向水分分布的变异程度相对较小（弱变异）;堆积碎石土入渗速率从坡顶到坡脚呈现出相对减小的趋势;坡脚、坡腰平均含水率相对较高（12%~15%）,坡顶平均含水率相对较少（9%~10%）,坡表平均含水率沿垂直方向随着地层深度增加先增加后减小,在距地表10~15 cm深度范围含水率最大。

基于仿真虚拟试验的堆积碎石土蠕变特性

运用颗粒离散单元方法,对随机生成的块石形状进行模拟并构建虚拟试验模型1(101mm×200mm)和虚拟试验模型2(300mm×600mm)。基于室内试验数据运用虚拟试验模型1标定滑坡坡体物质的堆(残、坡)积碎石土的内部细观尺度,其可靠性较高(误差在5%以内);虚拟试验模型2对其标定的细观参数具有尺度效应(相对误差约为10%);根据PFC双轴压缩试验利用伺服机制建立分级加载模型以研究土石体的蠕变特性。研究表明:对于堆积碎石土的虚拟轴向蠕变和体积蠕变的拟合函数,指数函数拟合结果大致相同(其相对最大误差约为0.33%);堆积碎石土蠕变特征反映在衰减蠕变阶段及等速蠕变阶段;衰减蠕变阶段的持续时间与偏应力之间存在促进关系,最终蠕变值与偏应力的关系与线性促进关系类似;堆积碎石土的应力-应变等时曲线(折线型)与直线的偏差与偏应力水平呈正比,非线性蠕变特性与其时间呈正比,高偏应力下体积蠕变曲线对影响碎石土的内部承载力,其下降过程得到很好的反映。

地下水对人工堆积碎石土滑坡的影响机制分析

边坡的稳定性与地下水的关系极为密切,而人工堆积碎石土固结性差,地下水作为重要营力之一,在其变形过程中发挥重要的作用。本文以安徽省南部黟县林川滑坡为例,结合地层岩性、地形地貌、人类工程等方面分析了地下水对人工堆积碎石土滑坡的影响,阐述其触发机制。结果表明:地下水对人工堆积碎石起到软化、冲蚀、掏蚀的作用,使其重力、抗剪强度增加,与滑面的摩擦力减少,碎石土中土体减少,粘度降低,致使滑坡下滑力增加。

堆积碎石土剪切特性的三轴试验

堆积碎石土是不同于土和岩体的一种不连续非均匀介质,以其作为坡体物质的滑坡广泛分布于中国西南及西北地区。考虑连续强降雨雨后滑坡的失稳机理,分析不同含石量、含水率和周围压力状态下堆积碎石土的主应力差-应变曲线、孔压-应变曲线、破坏形态以及相应的抗剪强度指标的变化规律。研究结果表明:由于碎石的存在,堆积碎石土的主应力差-应变曲线大多呈'台阶状'分布并具有应变硬化现象;含石量和含水率是影响堆积碎石土剪切特性的关键因素,当含水率不变,随含石量增大,黏聚力减小,内摩擦角增大;当含石量不变,随含水率增大,黏聚力先增大后减小,内摩擦角减小;存在某一最佳含石量和最优含水率组合下的堆积碎石土抗剪强度最大,该组合指标特征可作为判断连续强降雨雨后堆积碎石土滑坡失稳临界状态的理论支撑依据之一。

基于知识图谱的碎石土堆积体滑坡研究热点及发展趋势

碎石土堆积体在我国发展起步较晚,在2008年汶川地震之后才逐渐进入科研学者的视野,并且在汶川地震后爆发式发展。为了探究我国学者在碎石土堆积体及其灾变方面的研究热点及其未来研究的发展趋势,本文以中国知网(CNKI)数据库中收录的与碎石土堆积体相关的223篇文章为基础,利用CiteSpace对碎石土堆积体的发文作者、机构、关键词热度、研究发展进程进行可视化分析并结合Bicomb得出的关键词共现矩阵分析领域研究的热点和预测未来的发展方向。分析表明:1) 发文作者和机构非常分散,且发文作者形成多个圈子,形成鼎立的状态,机构发文量集中在我国西南和湖南地区。2) 研究热点集中于数值模拟、滑坡、堆积体、稳定性、成因机制这五个方面。3) 碎石土堆积体的研究大概经历了三个阶段:萌芽期(2001~2006)、爆发期(2007~2016)、稳定期(2017~2021)。

碎石土堆积层地段隧道“零”进洞工法与工程实践

环保安全的隧道施工新方法日益受到人们的重视,介绍了衡阳至炎陵高速公路大面山隧道碎石土堆积层地段"零"进洞工法的原理、施工工艺和施工要点,总结了该工法在隧道洞口设计、施工中的环保意义和适用性。

隧道洞口碎石土堆积边坡稳定性研究

碎石土堆积体边坡稳定性给隧道正常施工、运营带来较大安全隐患,为能够更好解决隧道洞口碎石土堆积体边坡稳定性问题,以雪山梁隧道为研究对象,对隧道洞口主要碎石堆组成部分的石英岩稳定性进行试验研究;利用单轴压缩与三轴压缩试验,获得石英岩(碎石土堆积体)的物理参数,同时采用折线滑动法与萨尔马法两种计算方法对其边坡自然与饱和两种状态下安全系数进行计算。计算结果表明,自然状态下雪山梁隧道工程B标段工程洞口碎石堆边坡处于稳定状态,而饱和状态下其稳定性欠佳。