散粒体斜坡上滚石法向碰撞恢复系数研究

国内外在研究滚石碰撞问题时多将碰撞目标假设为弹塑性体,从而推导出恢复系数计算公式。但是对于散粒体斜坡,由于具有结构松散、高压缩、低黏结力等物理力学特性,如果将其完全考虑为弹塑性体,那么低估了其自身的耗能潜力。为此,我们考虑了松散介质的孔隙压密特征,改进提出了散粒体斜坡上滚石法向碰撞恢复系数的计算式,并探讨了滚石碰撞再回弹的临界条件。同时以西藏昌都察达隧道进口散粒体斜坡为算例进行数值模拟,分析了5种影响因素下滚石法向碰撞恢复系数变化规律,并与改进公式、已有相关公式计算结果进行了对比分析。结果表明改进公式与数值模拟结果较为吻合,优于假设为弹塑性体的公式计算值。研究思路及成果可为类似区域性问题提供参考。

散粒体斜坡注浆固坡工程防治技术实验研究

目前,国内外对散粒体斜坡的防治措施研究甚少。笔者推荐注浆固坡工程防治技术,具有"以动制动"特点。本文通过室外注浆物理模拟实验,得出注浆后固结体形态有舌形、灵芝形、柱形、长倒锥形、短倒锥形,其有效半径分别是46.3cm、26cm、21.4cm、16.5cm、40cm、29.4cm。结合现场颗粒取样筛分实验,研究了散粒体堆积结构对注浆固坡措施的影响,提出颗粒间孔隙比的影响最为主要,并通过计算机优化回归得出注浆量及浆液扩散半径的公式;最后对固结体进行直剪试验,得出注浆后的散粒体强度增加,说明了注浆固坡工程的可行性和合理性。这对散粒体斜坡坡体实施注浆加固工程具有重大的参考价值。

不同加固技术在散粒体斜坡表层的应用对比研究

散粒体斜坡多发育于我国西部山区,由块度不一、黏粒含量较少的碎砾石土组成,由于胶结性差,遇雨水冲刷、风吹或人畜踩踏易失稳。传统坡面防护技术包括拦挡锚固和土工材料与植被构筑,新型护坡技术是结合了岩土材料加固和生态环境两方面所提出的新方法。本文中该新技术是指将浓度1.3%的改性钠羧甲基纤维素与边坡表层土拌合,后掺入植物纤维,喷洒到坡表形成加固层;加固层表面喷洒草籽,以达到边坡防护的目的。文章选择传统的护坡方法(格构和三维网)和新型土壤改良方法结合植草绿化技术对室外某散粒体斜坡进行加固处理,以天然斜坡为参照,统计降雨冲刷和径流冲刷后边坡表面侵蚀破坏、入渗和植被破坏特征,对比不同护坡方式的应用效果。试验结果表明:每个斜坡辅之相同的植草条件下,对比降雨和放水冲刷试验后各边坡的侵蚀破坏特征可以发现,材料改良植草边坡侵蚀弱,产沙量小,作用层能减缓雨水下渗,提高植被存活率和降低植被倒伏率,其效果优于三维网植草护坡和格构植草护坡。

散粒体斜坡失稳破坏内部因素试验研究

影响散粒体斜坡稳定性的诸多因素中,外部因素起到诱导作用,内部因素则起到主导作用,其中天然休止角对散粒体斜坡的稳定性起到控制作用。

散粒体斜坡地震崩塌规律离心模型试验研究

根据拟静力离心试验原理，以沙堆作为散粒体斜坡的概化模型，开展粒径分别为0．5～1．0mm、8．0～10．0mm2种均匀沙和粒径范围为0．25～10．0mm、非均匀系数为3．1的非均匀沙沙堆模型离心试验．试验分别在Ⅴ度、Ⅵ度和Ⅶ度3种不同地震烈度条件下进行，出现了不同的崩塌现象．试验结果表明：粒径为0．5～1．0mm的均匀沙在3种烈度地震作用下的崩塌规模均服从准周期分布；8．0～10．0mm的均匀沙和非均匀系数3．1的非均匀沙在Ⅴ度地震烈度作用下的崩塌规模服从负幂律分布，呈现自组织临界性特征，而在Ⅵ度、Ⅶ地震烈度作用下的崩塌规模服从正态分布．根据试验结果给出了崩塌规律为负幂律分布和正态分布的分布函数．

径流条件下散粒体斜坡的颗粒冲刷启动机理

为研究地表径流对散粒体斜坡的冲刷侵蚀效应,根据斜坡坡面径流和坡内渗流特征建立散粒体斜坡径流-渗流耦合模型。该模型利用Navier-Stokes方程描述淹没区坡面径流,利用Brinkman-extended Darcy方程描述散粒体斜坡坡内渗流。径流区和渗流区的流体运动均满足连续性方程,且在交界面处的流体满足Neal和Nader提出的流速相等和剪应力连续双边界条件。采用Navier-Stokes方程和Brinkman-extended Darcy方程分别联立连续性方程推求出径流区和渗流区的流速分布。分析流速理论表达式可知,影响斜坡表部径流流速和坡体内部渗流流速的主要因素有斜坡坡度、径流水深、斜坡散粒体的孔隙率和渗透率,且流速随其增大而增大。为探究在径流条件下散粒体斜坡坡面颗粒的冲刷启动机理,引入Newton内摩擦定律求得径流区和渗流区交界面上的切应力,并对颗粒发生滑动和滚动两种情况分别进行受力分析,给出颗粒滑动和滚动两种运动方式相应的失稳判据。分析两种判据可知:1)颗粒发生滑动时,其抗滑稳定安全系数主要受散粒体斜坡坡度、颗粒的内摩擦角、颗粒半径、径流水深、散粒体斜坡孔隙率和渗透率的影响,随颗粒的内摩擦角、颗粒半径、散粒体斜坡孔隙率和渗透率的增大而增大,随散粒体斜坡坡度和径流水深的增大而减小;2)颗粒发生滚动与否主要取决于散粒体斜坡坡度、径流水深、颗粒半径、散粒体斜坡孔隙率和渗透率,且其值越大,颗粒越容易失稳。

散粒体斜坡稳定性相关因素试验研究

松散颗粒堆积斜坡的稳定性一直是边坡研究的一个难题且少有涉足,此种灾害形式在我国西部山区较为常见。以散粒体斜坡的稳定性受控于何种因素作为研究出发点,以休止角为衡量标准,对散粒体斜坡失稳进行试验研究。试验结果表明:颗粒类圆程度越高其堆积休止角越小;休止角随颗粒的增大有增大的趋势;粗颗粒的含量增大稳定性呈现先增后减的现象;颗粒级配的改良对坡体稳定性起到促进作用。对滑动面的角度研究显示:滑面角度为最大休止角减去2.5°左右,并做了适当的修正处理。成果对散粒体斜坡稳定性的研究以及此类溜砂灾害的治理有一定的参考意义。

散粒体斜坡产屑率及监测模型研究

广泛发育于我国西部高寒山区的散粒体斜坡,与崩塌、泥石流等地质灾害伴生形成灾害链,其规模大小与产屑率息息相关。为了研究散粒体斜坡的产屑率及其预警级别,以中巴公路和天山公路为例,利用三维激光扫描技术对比不同时期点云数据计算产屑率,通过简化条件建立监测预警模型,得出清理时间间隔公式和预警级别判定标准,对比5处散粒体斜坡实例计算结果,得到的预警级别基本与现场调查情况相符。研究成果可供估计散粒体斜坡清理时间和防治工程设计时参考。

散粒体斜坡运动堆积特征试验研究

散粒体斜坡俗称"溜砂坡",对其运动和堆积特征的研究是溜砂坡防治的关键。在斜坡模型架上模拟碎块石的运动过程和堆积过程,探索其颗粒大小、形态与斜坡角的关系。通过堆积体纵剖面取样发现,溜砂坡堆积呈现分形结构,其颗粒质量粒径分布分维数随黏粒含量的增大而增大。

挡墙限制型散粒体斜坡堆积特征模型试验

散粒体斜坡是川藏铁路交通廊道常见的不良地质现象,对其堆积特征开展研究对散粒体斜坡表层溜滑防灾减灾具有重要的现实意义.针对挡墙限制型散粒体斜坡,通过室内物理模型试验,利用分形维度控制试验碎屑配比,模拟斜坡源区岩石风化碎屑产物持续补给,研究散粒体颗粒堆积发育成坡过程中自然坡角的变化、斜坡表面与内部的颗粒分布特征,以及颗粒在斜坡上的运移堆积特征.试验结果表明:挡墙限制型散粒体堆积成坡过程可分为挡墙后堆积阶段、斜板堆积阶段、斜坡增长阶段和成坡阶段;斜坡最大堆积坡角随着分形维度增大而减小;随着分形维度增加,斜坡表面粗糙程度降低;粗颗粒易堆积在斜坡下部,细颗粒更易堆积于斜坡上部;同一粒组颗粒,在分形维度越大的斜坡表面上运移距离越长;相同分形维度的散粒体斜坡上,粗颗粒相较细颗粒在斜坡上的运移距离更长;颗粒在斜坡上的运移方式有腾跃和滚动两种,大粒径颗粒在分形维度越小的斜坡表面的腾跃高度越高;反之,小粒径颗粒在分形维度越大的斜坡表面的腾跃高度越低.

坡面径流对斜坡散粒体稳定性影响的试验分析

坡面径流是松散介质斜坡上颗粒发生搬运滚动的水动力条件。为研究坡面径流对斜坡散粒体颗粒稳定性的影响,开展室内水槽冲刷试验。试验设置3种粒径和4种坡度,通过高速摄像仪捕获斜坡散粒体受水流冲刷起动过程,获得不同条件下颗粒冲刷起动的临界径流水深hcr。试验结果表明:在同一粒径条件下,起动水深hcr随着斜坡坡度的增大而减小;在坡度为20°、22°时,起动水深hcr随着粒径的增大,出现先增大后减小的情况,而在坡度为24°、26°时,起动水深hcr随着粒径的增大而增大,分析原因可能是当粒径增大引起坡体渗透性的改变是影响颗粒稳定性的主控因素时,颗粒更容易受水流的渗透作用而发生运移。为合理解释试验现象,建立斜坡径流-渗流耦合模型来分析坡面径流条件下颗粒的稳定性变化情况,通过将水流的流速特征与颗粒的受力起动特性结合起来,给出临界水深hcr的理论表达式,其主要受颗粒粒径、颗粒比重、孔隙率、坡体渗透率和斜坡坡度等因素共同控制。通过将试验结果与计算结果进一步对比发现,在同一粒径区间内,临界水深hcr的实测值与理论值均随坡度的增大而减小,而理论值与实测值之间的相对误差随坡度的增大而增大,但其均控制在35%以内,并对产生该误差的原因进行了分析。为修正实测值与计算值之间的误差,应用MATLAB的神经网络模块对数据进行拟合,建立含两个神经网络结构的临界水深hcr修正公式,精度较高。

不同粒径及级配对碎石料休止角影响的试验研究

为探究不同粒径及级配对碎石料休止角的影响,通过散粒体边坡堆积试验中改进的碎石料休止角测量方法,对不同粒径及级配碎石料休止角进行测量,并结合试验堆积现象进行观察分析。结果表明:随均质粒径碎石料粒径的增大,休止角逐渐增大;随不均匀系数的增加,平均粒径对休止角的影响逐渐变小;不均匀系数对休止角的影响呈先增大后趋于稳定;颗粒级配分布愈不均匀,散粒体边坡休止角越大。