Study on the sunny-shady slope effect on the subgrade of a high-speed railway in a seasonal frozen region

The temperature distributions of different parts of a subgrade were analyzed based on the results of three years of monitoring data from the Harbin-Qiqihaer Passenger Dedicated Line, a high-speed railway, including the slope toes, shoulders, and natural ground. The temperature variation with time and the maximum frozen depths showed that an obvious sunny-shady effect exists in the railway subgrade, which spans a seasonal frozen region. Development of frost heave is affected by the asymmetric temperature distribution. The temperature field and the maximum frozen depths 50 years after the subgrade was built were simulated with a mathematical model of the unsteady phase transition of the geothermal field.

Effects of vertical seismic acceleration on 3D slope stability

The conventional pseudo-static approach often neglects the effect of the vertical seismic acceleration on the stability of a slope, but some analyses under plane-strain(2D) conditions show a significant effect on the slope stability. The purpose of this study is to investigate the effect of the vertical acceleration on the safety of three-dimensional(3D) slopes. In the strict framework of limit analysis, a 3D kinematically admissible rotational failure mechanism is adopted here for 3D homogeneous slopes in frictional/cohesive soils. A set of stability charts is presented in a wide range of parameters for 3D slopes under combined horizontal and vertical seismic loading conditions. Accounting for the effects of the vertical seismic acceleration, the difference in safety factors for 3D slopes can exceed 10%, which will significantly overestimate the safety of the 3D slopes.

Upper Bound Solution of Soil Slope Stability under Coupling Effect of Rainfall and Earthquake

Based on the limit analysis upper bound method,a new model of soil slope collapse has been proposed which consists of two rigid block zones and a plastic shear zone.Soil slope was induced failure by coupling effect of rainfall and earthquake,and these blocks were also incorporated horizontal earthquake force and vertical gravitate.The velocities and forces were analyzed in three blocks,and the expression of velocity discontinuities was obtained by the principle of incompressibility.The external force work for the blocks,the internal energy of the plastic shear zone and the velocity discontinuous were solved.The present stability ratios are compared to the prevenient research,which shows the superiority of the mechanism and rationality of the analysis.The critical height of the soil slope can provide theoretical basis for slope support and design.

A Modified Form of Mild-Slope Equation with Weakly Nonlinear Effect

Nonlinear effect is of importance to waves propagating from deep water to shallow water.Thenon-linearity of waves is widely discussed due to its high precision in application.But there are still someproblems in dealing with the nonlinear waves in practice.In this paper,a modified form of mild-slope equa-tion with weakly nonlinear effect is derived by use of the nonlinear dispersion relation and the steady mild-slope equation containing energy dissipation.The modified form of mild-slope equation is convenient to solvenonlinear effect of waves.The model is tested against the laboratory measurement for the case of a submergedelliptical shoal on a slope beach given by Berkhoff et al,The present numerical results are also comparedwith those obtained through linear wave theory.Better agreement is obtained as the modified mild-slope e-quation is employed.And the modified mild-slope equation can reasonably simulate the weakly nonlinear ef-fect of wave propagation from deep water to coast.

三维土工网边坡防护水土保持能力研究

路基边坡防护工程可减轻降雨对坡面土体的侵蚀作用,为深入研究坡面防护材料水土保持能力的定量表征方法,通过室内人工降雨边坡侵蚀模型试验,分析不同降雨强度和不同三维土工网防护下路基边坡的降雨侵蚀规律,提出三维土工网水土保持能力的试验测定方法及相关系数计算公式。研究结果表明:三维土工网防护边坡泥沙流失干质量明显小于相同条件下不设防边坡泥沙流失干质量,土工网防护在减少边坡侵蚀量的同时,有利于边坡侵蚀进程的快速稳定,但土工网的水土保持能力随雨强增大急剧下降。泥沙流失速度随着降雨的持续而逐渐减小,后期趋于收敛稳定,侵蚀历程采用指数函数拟合具有较好的相关性。建议设防边坡的试验降雨时间不少于70 min,不设防的边坡试验降雨时间不小于100 min。水土保持能力系数随雨强的增大呈对数函数关系减小,雨强超过100 mm/h时水土保持能力系数实测值与对数函数拟合值差异较大,建议在测定材料水土保持能力系数时雨强取20~100 mm/h,可取50 mm/h作为标准试验雨强。泡面类三维土工网水土保持能力显著优于普通三维土工网,而双泡面的三维土工网优于单泡面三维土工网。试验条件下凹凸泡面三维土工网的水土保持能力系数主要分布在1.71~3.03,建议50 mm/h雨强三维土工网水土保持能力系数不应小于1.5。

齐大山铁矿东帮边坡空间形态优化

针对齐大山铁矿东帮边坡空间形态优化问题,在分析边坡工程地质条件的基础上,将极限平衡法与数值模拟法相结合,评价原设计到界边坡稳定性,优化设计到界边坡的形态参数,探讨追踪距离对边坡三维稳定性的影响规律。研究结果表明:采用逐水平优化方法设计的到界边坡角为46°,每阶段的边坡二维稳定性系数均满足安全储备系数要求;边坡的三维稳定性系数与追踪距离呈负相关指数函数关系,当追踪距离为50 m时,齐大山铁矿东帮到界边坡角可设计为48°,整体边坡角提高了2°,经济效益显著。

Simulation study of the void space gas effect on slope instability triggered by an earthquake

This study aims at exploring the void space gas effect of earthquake-triggered slope instability and providing a new method for studying the formation mechanism of earthquake-triggered landslides. We analysed the basic characteristics, kinematic characteristics, initiation mechanisms and physical mechanical parameters of the Daguangbao landslide, generalized a landslide prototype, and established a geological model and performed simulation tests. Based on the seismic wave propagation theory of rock-soil mass, rock fracture mechanics and the effective stress principle, we found that the void space gas effect is due to the occurrence of excess void space gas pressure when the dynamic response of seismic loads impacts the void space gas in weak intercalated layers of the slope. The excess void space gas pressure generated by the vibration(earthquake) damages the rock mass around the void space with a certain regularity. The model test results show that the effective shear strength of the rock mass can be reduced by 4.4% to 21.6% due to the void space gas effect.

宁夏黄土区典型坡面表层土壤有机碳含量的空间变化特征及尺度效应

【目的】定量认识土壤有机碳(SOC)含量在坡面上的空间异质性及尺度效应,探索“由点及面”估算坡面平均SOC含量的精确便捷途径,为细致刻画坡面土壤资源状况、全面理解生态系统碳循环、制定土壤高质量管理方案提供科学基础。【方法】在宁夏半干旱黄土丘陵区,选择3个相邻的由退耕还林工程形成的典型坡面,从坡顶向坡脚设置连续样点,调查各样点的土地利用、植被特征、立地条件及表层(0^20 cm)SOC含量,分析其坡向差异、坡位变化;以“离坡顶的水平距离或相对距离”为自变量,以表层SOC含量的顺坡滑动平均值为因变量,定量描述坡面尺度效应;再以坡面上任一样点表层SOC含量与坡面平均值的比值为因变量,实现由“点”到“面”的尺度上推。【结果】研究区表层SOC含量存在明显的坡向差异、坡位变化、尺度效应。表层SOC含量的坡面平均值在南坡(7.60 g·kg^(-1))最高,东坡(6.42 g·kg^(-1))次之,西坡(5.65 g·kg^(-1))最低,其坡位间变幅在东坡(15.95 g·kg^(-1))最大,其次为西坡(11.34 g·kg^(-1)),最小为南坡(9.72 g·kg^(-1)),说明东坡的坡面效应最强,其次为西坡,南坡最弱。东坡、西坡、南坡表层SOC含量的坡位变化大致相同,均由坡顶向下逐渐减小,至离坡顶水平距离200、150、280 m(相对距离0.73、0.45、0.76)后趋于稳定,主要与坡面“上部为自然状态的坡地+林草植被+恢复年限长、下部为人工梯田+林农植被+扰动频繁”的空间格局有关。在东坡、西坡、南坡上,距坡顶水平距离每增加100 m,SOC含量的滑动平均值分别变化-3.40、-2.50、-1.51 g·kg^(-1);距坡顶相对距离每增加0.1,SOC含量的滑动平均值分别变化-0.96、-0.75、-0.55 g·kg^(-1)。构建3个坡向不同坡位样点表层SOC含量与坡面平均值的比值随离坡顶水平距离或相对距离增加而变化的数量关系(R^(2)>0.7,P<0.001),籍此可由坡面上任一样点表层SOC含量精确便捷地估算坡面平均值。将所有位点数据融合得出,离坡顶相对距离0.4的位点表层SOC含量最接近坡面平均值。【结论】半干旱黄土丘陵区坡面表层SOC含量沿坡从上至下基本呈先减小后稳定的变化,与土地利用类型、植被类型、恢复年限的坡面分布格局有关。以顺坡(相对)水平坡长增加为尺度变量可较好地定量刻画表层SOC含量的坡面变化特征及尺度效应,藉此可实现坡面表层SOC含量平均值的精确便捷推算。

砂土边坡的速凝高聚物微型抗滑桩加固效果研究

针对常规混凝土凝固较慢、工期长、施工复杂等缺陷,提出速凝高聚物微型抗滑桩加固边坡的新思路,开展高聚物微型抗滑桩加固砂土边坡的模型试验与数值模拟研究。结果表明,在数值模拟中,将Mohr-Coulomb强度参数转换为Drucker-Prager强度参数时,应力洛德角取0能够更准确地反映边坡岩土体的强度特征;模拟得到的各边坡工况的位移、变形发展过程和破坏特征都与试验结果较为吻合,在一定程度上验证了数值模拟的准确性;在施加了5级水平推力(1 500 N)后,单排高聚物微型抗滑桩加固后的坡脚、坡中和坡顶的实测位移分别比加固前减小了33.4%、33.3%和33.3%,而双排桩加固后的坡脚、坡中和坡顶的实测位移分别比加固前减小了55.9%、53.4%和43.4%。加固前的坡面呈现波浪状的变形特征,加固后的坡体变形显著改善。在水平推力达到1 800 N时,单排桩工况中的桩体断裂,而当水平推力达到2 400 N时,双排桩工况中的后排桩首先发生断裂。研究结果验证了速凝高聚物微型抗滑桩在边坡加固中具有一定有效性和可行性。

正高程差下边坡爆破对X70钢管振速的影响

为了探究正高程差边坡爆炸施工对邻近埋地管道振速的影响,基于商用有限元软件ANSYS/LS-DYNA采用数值模拟方法研究了炸药量相同(30 kg),正高程差不同(2.1、2.6、3.1、3.6、4.1、4.6和5.1 m)时,边坡爆破振动对既有X70管道振速的影响,并与平面地形结果作对比分析。研究表明:相较于平面地形,在水平距离不变的条件下,管道Y方向上会出现振速放大现象,且随着高程增大,振速加快衰减。管道振速放大系数随着高程差的增大呈现先增大后减小的趋势。当高程差为3.1 m时,管道迎爆面测点的振速放大系数最大,为1.998;当高程差为3.6 m时,管道背爆面测点的放大系数最大,为1.622。爆炸地震波在不同的介质界面发生折射和反射所形成的叠加效应以及在坡脚发生绕射,是产生高程放大效应的主要原因。

基于外部气相沉积的S+C+L波段低色散斜率大有效面积非零色散位移光纤的设计与制备

针对现有光纤无法满足宽带光密集波分复用系统传输和S+C+L波段粗波分复用的要求,设计了一种具有中心凹陷的三角形芯+环形的折射率剖面,利用外部气相沉积工艺制备了一种非零色散位移光纤,并通过调整第一芯层的相对折射率和第二芯层与第一芯层的半径比,探究了其对光纤衰减、色散斜率和有效面积等参数的影响。研究发现,当第一芯层的相对折射率逐渐增大且第二芯层与第一芯层半径比逐渐减小时,零色散波长和有效面积逐渐减小。当第一芯层的相对折射率在0.52%~0.53%,芯层半径比在2.6~2.7时,光纤的有效面积接近70μm^(2),零色散波长在1420 nm附近,在1550 nm波段的色散系数大于8 ps·nm^(-1)·km^(-1),色散斜率为0.059 ps·nm^(-2)·km^(-1),可以较好地抑制传输过程中光非线性效应,满足长途干线网与城域网的使用要求。

波浪作用下高速列车-轨道-桥梁系统耦合振动研究

为研究波浪作用对高速铁路跨海桥梁车-轨-桥系统耦合振动的影响,基于线性波浪理论和Morison方程模拟波浪荷载,采用分布力模式输入既有车-轨-桥系统耦合振动分析程序,提出波浪作用下的车-轨-桥系统耦合振动分析方法。以某高速铁路跨海斜拉桥为背景,研究波坡面效应、波浪重现期、车速对车-轨-桥系统动力响应的影响,并评估不同重现期波浪作用下过桥列车的走行性。结果表明:波坡面效应会使作用于不同单桩的波浪荷载初始相位不同,从而导致作用于群桩基础的波浪荷载合力不同;随着波浪重现期的增大,车-轨-桥系统的横向动力响应均增大,而竖向动力响应几乎不变;考虑波浪作用后,列车的行车安全性指标均随车速的增大而增大,波浪荷载会显著降低桥上列车的乘坐舒适性并增加桥上列车的脱轨风险。常遇波浪(10年重现期)和极端波浪(100年重现期)作用下列车的安全车速阈值分别为325 km/h和275 km/h。

贵州某山区高速公路填方边坡水毁治理方案研究

贵州山区地形复杂,地质构造发育,在降雨作用下滑坡常有发生,轻则影响交通通行,重则威胁人身财产安全,因此关于滑坡原因分析及其治理就显得尤为迫切。本文以贵州某山区高速ZK74+640~ZK74+850段水毁边坡为研究对象,通过现场调查、原位监测、理论分析等手段,分析了边坡稳定性影响因素,揭示了相关因素的影响机理,依据分析结果并结合实际情况制定了短时抢险与永久处治相结合的综合治理方案,现场施工后反馈效果良好。研究结果为边坡水毁治理提供了一种可行方案。

人工降雨条件下高速公路植被边坡模型水文效应测试

高速公路边坡防护常采用生态护坡方式,尤其以植被结合覆盖方式防护效果较好。为掌握高速公路边坡的水文效应,通过建立边坡试验模型,设置不同处理组合开展人工降雨,探讨不同覆盖物、不同生长期植被、不同降雨强度对边坡模型水文效应的影响,以便确定最佳的边坡植被防护体系参数。结果表明:在降雨强度为120 mm·h^(-1)时,覆盖椰丝草毯、秸秆纤维毯、草帘的边坡比裸土边坡的坡面径流量分别减少23.25%、15.66%、17.94%,而坡体水分渗透量分别增加了65.19%、48.10%、27.89%。在降雨强度为120 mm·h^(-1)时,不同生长期的植被边坡防护能力表现出明显的差异,其中4月生植被边坡模型的坡面径流量最小,坡体水分渗透量最大,抗雨水冲刷能力最强。降雨强度为60 mm·h^(-1)时,植被边坡并未产生坡面径流,植被发挥了很好的保护效果;随着降雨强度逐渐增大,裸土边坡和植被边坡的坡面产生径流时间和坡体水分渗出时间逐渐缩短,坡面径流量和泥沙占比均呈逐渐增大的变化趋势。综合而言,粉砂性高速公路边坡采用狗牙根(12 g·m^(-2))、紫穗槐(14 g·m^(-2))、胡枝子(10 g·m^(-2))种子混播后,覆盖椰丝草毯(300 g·m^(-2)),在正常管理养护条件下,待植物生长3个月后,坡面抗雨水冲刷能力显著增强,在降雨强度不超过120 mm·h^(-1)时,植被结合覆盖方式均表现出较好的防护效果。植物和覆盖物两者相互作用可以减弱雨水对于边坡的冲击强度,消减坡面径流量,同时植物根系有利于雨水渗透坡体,保持水土,涵养水源。

基于SLOPE/W的全风化板岩路堑边坡开挖扰动效应分析

原始自然坡体经过人为开挖后,坡体内原有的力学平衡状态被打破,形成扰动效应,并可能导致发生滑坡.本文以衡炎高速公路某边坡为算例,采用SLOPE/W程序计算全风化路堑边坡在天然及不同开挖阶段的安全稳定性系数,分析开挖的扰动效应,为工程施工决策提供参考.

基于相关向量机-层次分析模型的路堑边坡治理效果评价研究——以绥大高速K26+800~K27+320段为例

为探究路堑边坡整体治理效果,通过现场实际监测获得了关于边坡土体变形情况、孔隙水压力变化情况、水位变化情况等数据,利用相关向量机(relevance vector machine,RVM)对各监测指标监测期后的变化趋势进行了预测,之后利用层次分析法(analytie hierarchy process,AHP)对各指标进行了权重赋值,形成一套基于RVM-AHP模型的路堑边坡治理效果评价模型并以绥大高速K26+800-K27+320处的路堑边坡验证了模型的可行性。结果表明,利用RVM-AHP模型所得评价结论与现场情况一致,边坡治理效果为“较优”,评价模型可靠性得到了验证。

地震荷载下边坡抗滑桩有效加固区与最优加固位置理论

假设边坡滑裂面为对数螺旋曲线,应用极限分析上限定理,根据典型均质边坡的局部失稳模式,分别计算桩前和桩后坡体的局部稳定性,提出抗滑桩有效加固区理论.采用Ito理论考虑桩-土相互作用,分别计算抗滑桩加固边坡的地震安全系数、已知设计安全系数所需的最小桩径或桩间净距及其对应的所需抗力、抗力合力作用点位置和滑面以上桩长.根据计算结果结合工程的安全性、经济性和施工难度可确定合理的设计桩位,通过算例分析地震荷载和岩土物理力学参数对抗滑桩加固边坡的有效加固区的影响.

SLOPE/W软件总应力法和有效应力法的应用

按简单条分法和简化毕肖普法,通过算例阐述了SLOPE/W软件总应力法和有效应力法的计算原理和应用,指出SLOPE/W软件虽然在输入时没有区别总应力参数和有效应力参数,但结合输入时是否定义孔隙水压力,用户可以从计算方法的原理上来区别软件是按总应力法还是按有效应力法计算。

生态边坡植被对土体抗剪强度的影响研究

【目的】工程建设中产生大量的裸坡,需要对边坡进行植被恢复。探究植被对边坡土体的力学性质的影响,可为边坡稳定性评价提供参考。【方法】对研究区的根系和土体进行不同比例的混合,并进行直剪试验。【结果】结果表明:随着含水量的增加,土体的黏聚力呈现降低的趋势,根系能够明显增加土体的黏聚力,土体的内摩擦角也会有一定的提高,提高幅度小于黏聚力增加幅度。【结论】植被能够增强土体抗剪强度,生态护坡对边坡防护具有重要意义。