地震作用下土石混合体边坡稳定性分析研究∗

目前对边坡进行的动力分析多是针对土质边坡或岩质边坡,忽略了土石混合体边坡这一特殊岩土体边坡,而少有的研究中都是将土石混合体边坡简化为等效均质土坡,忽略了块石的存在。利用数字图像处理技术,建立某一实际土石混合体边坡的细观结构模型,利用有限差分软件 FLAC3D 的动力分析模块分析对比了等效均质土坡与土石混合体边坡在地震荷载作用下的变形及稳定性。结果表明：土石混合体边坡在地震作用下首先在坡脚处出现剪切破坏,随作用时间增加逐渐在顶部产生拉裂破坏,最终形成完整的破坏带;土石混合体边坡的滑面受石块位置制约,具有“绕石现象”;在相同地震荷载作用下,土石混合体边坡破坏区贯通比等效均质土坡慢,最终产生的永久位移比等效均质土坡产生的永久位移小,块石的存在增加了土石混合体边坡的抗剪强度,提高了其稳定性。     

土石混合体REV尺度数值方法研究

土石混合体是一类较为复杂的宏观二元介质不连续岩土体,不同的块体分布情况及不同的试件尺度导致其具有不同的等效强度特性。基于随机集合体构造(RA S)方法构建了土石混合体的随机模型,编制程序实现了随机模型的输出和数值模型的生成。以西南某大型堆积体滑坡中的典型土石混合体为例,考虑含石量和不同粒径分布规律,建立多组不同尺寸随机模型,进行了大量的数值试验,得到了强度表征单元体积(REV)尺度,在此基础上得到了等效强度参数,并分析了土石混合体受力性能和渐进破坏模式。研究结果表明,土石混合体存在REV尺度,案例所得的REV尺度为1.0 m×1.0 m,不同尺度数值计算结果有一定差别,基于REV尺度的力学参数才符合工程意义。     

土石混合体地基系数支持向量机模型与应用∗

针对缺乏土石混合体地基系数评价模型这一现状,构建了基于支持向量机的土石混合体地基系数评价模型.该模型以土体弹性模量、泊松比以及块石含石率作为输入参数,地基系数作为输出参数.为建立训练数据,基于土石混合体弹性模量与泊松比计算模型,建立了FLAC3D平板载荷模型开展数值实验.基于数值实验数据,训练支持向量机模型并进行初步验证.将该支持向量机模型用于预测现场试验获得的土石混合体地基系数,进一步验证了该模型的合理性与准确性.通过敏感性分析发现,土体弹性模量对土石混合体地基系数的影响最大,其次为含石率.基于支持向量机模型,讨论了5种已有地基系数计算模型应用于土石混合体地基系数计算的可行性,确认了可用于评估土石混合体地基系数的显式模型.     

三峡库区高边坡紫色土抗剪强度的水敏性特征∗

为了研究高边坡紫色土的抗剪强度及变形随含水率的变化规律，在不同围压下对不同含水率的非饱和重塑紫色土进行了固结不排水三轴试验。结果表明：在不同的含水率及围压条件下，土体应力-应变关系曲线均呈现出“持续硬化”甚至“加速硬化”现象。其应力-应变关系曲线经历了3个阶段：轴向应变0%~2.3%为弹性阶段，2.3%~4%为应变硬化阶段，4%后逐渐变为屈服阶段。在同一围压下，土体主应力差峰值随含水率的增加而降低，其峰值下降幅度最大可达67.37%。不同含水率下的最大主应力差与围压均表现出较好的线性关系。在给定含水率下，主应力差峰值随围压的增加而明显增大，其峰值增大幅度最大可达150.98%，但随着含水率的升高，这种增大趋势逐渐减小，且围压对紫色土抗剪强度影响约为含水率对其影响的66.63%。随着含水率的增加，土壤的内聚力先增加后减小，峰值处的含水率为12%；而土壤的内摩擦角随含水率的增加呈现一阶线性减小，且下降程度最大可达56.88%。土体任意平面(破坏面)上σ-τ曲线的斜率随着含水率的增加而逐渐减小，而破坏包面逐渐变缓。分析并讨论了含水率对紫色土内部结构、颗粒间作用力及特性的影响，以期为三峡库区高边坡紫色土的综合治理提供理论支持和技术支撑。     

无侧限压缩条件下重塑土微观结构研究∗

近年来,基坑、隧洞等开挖工程中的卸载作用导致软土结构破坏,进而引起过大侧向变形的工程事故越来越多。土体所表现出来的各种变形及强度特性是其内部微观结构要素调整和演化的综合反映。为了研究结构遭到扰动破坏的软土在无侧限压缩变形后的微观结构特征,将原状软土重塑成不同含水率土样,在不同轴向应力作用下压缩变形稳定后,对土体微结构进行定性和定量分析,探讨无侧限条件下土体的微观结构与宏观变形的相关机理。研究结果表明,软土重塑样的微观结构主要以分散结构和絮凝结构为主,单元体之间多有架空,土体颗粒的接触方式以边-面和面-面接触为主。在无侧限压缩条件下,随着轴向应力和试样含水率的增大,试样的表观孔隙比减小,孔隙形状变得扁平狭长,孔隙的有序性和定向性增强。不同位置的定向性不同,在水平方向上,靠近试样边缘处的土颗粒定向性和有序性更强;在竖直方向上,靠近试样中间位置的土颗粒定向性更强。     

受压混凝土试件应力状态与强度分析

为研究受压混凝土试件的强度以及强度变化机理,通过数值模拟不同长径比的混凝土轴心受压试件的破坏过程,研究受压混凝土试件轴心受压时内部应力状态和裂纹的损伤演化过程,及混凝土试件不同围压作用下,强度的变化机理,分析表明, 混凝土试件随着长径比增大,强度减小,试件的破坏面逐渐减小,强度随着内部应力状态变化而变化,围压越小混凝土试件的强度越小,试件的破坏形式由剪切破坏面逐渐到受拉破坏面。推荐将长径比1∶10时为受拉破坏面为作为无侧限的受压时极限拉应变。     

粗粒料颗粒形状对材料宏观力学性能的影响∗

粗粒料的颗粒形状是影响材料宏观力学性能的重要因素,大型三轴试验的局限性限制了粗粒料微观结构对力学性能影响的研究。基于二维颗粒流理论,利用PFC2D建立4种不同形状的颗粒簇,进行了双轴实验的颗粒流数值模拟,建立形状与宏观力学性能和变形特征的相互关系。结果表明:颗粒形状系数与材料内摩擦角近似呈线性关系,随着形状系数的增加内摩擦角递减;材料强度峰值和残余强度随着颗粒形状系数的增加而减小;材料初始切线模量随着形状系数的增加而减小;数值模型在加载过程中先出现剪缩效应,后产生剪胀效应,且同一形状颗粒的试样,围压越大,剪胀变形越明显;不同形状颗粒的试样达到最终应变软化状态之前,形状系数越小,剪缩效应越不明显,反之,剪胀效应越明显。     

混凝土动态力学性能数值模拟研究

数值模拟是研究混凝土动态力学性能主要手段之一。编写二维混凝土多边形粗骨料随机分布程序,利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对直径74mm、高70mm混凝土在不同冲击速度下的动态响应进行模拟,分析冲击速度、粗骨料最大粒径、最小粒径和体积含量对多边形粗骨料混凝土动态特性影响,考察多边形粗骨料混凝土动态破坏模式。数值模拟表明:混凝土表现出明显的率敏感性;随着粗骨料颗粒最小粒径增大,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐减小;随着粗骨料颗粒最大粒径增大,多边形粗骨料混凝土峰值应力呈现先增大后减小趋势;当粗骨料体积含量小于40%时,随着粗骨料体积含量增加,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐增大,当粗骨料体积含量大于40%时,随着粗骨料体积含量增加,多边形粗骨料混凝土峰值应力逐渐减小。     

基于较大块石分布位置的土石混合边坡稳定性研究∗

为了准确分析土石混合边坡的稳定性,克服传统有限元和颗粒流程序在分析土石混合边坡稳定性上的不足,提出一种基于原始土石混合边坡的图像识别和块石随机生成技术,运用此技术生成土石混合边坡模型,模型中较大块石的尺寸范围为0.1～0.3倍坡高,并采用强度折减法对5种不同较大块石分布位置的土石混合边坡的稳定性进行了分析研究。结果表明:不同的较大块石分布位置对土石混合边坡稳定性的影响较大,影响的大小关系为:坡脚坡面坡顶坡内坡后均质土坡;在同一较大块石分布类型下,不同的块石随机位置及排列方式对土石混合边坡的塑性扩展模式有着较大影响。研究结果可为土石混合边坡的设计及施工提供参考依据。     

复杂应力条件下地基岩石细观破坏研究

为了研究复杂应力条件下的深基坑岩石细观破坏问题,本构方程采用由应变空间导出的弹塑性损伤细观力学模型,借助有限元计算方法,实现了岩石三维破裂过程的数值模拟。采用细观破坏单元网格消去法,实现了有限元模拟裂纹扩展过程;利用位移加载来实现岩石逐渐破裂过程;数值模拟灰岩单轴拉伸及压缩破坏试验、双轴拉伸破坏试验和三轴受压破坏试验,得到其非线性应力—应变曲线和不同载荷阶段弹塑性损伤破裂演化系列图像;分析细观非均匀性对岩石宏观破裂力学行为的影响。研究表明,在复杂应力条件下,随着围压增大,峰值抗压强度明显提高,塑性变形明显增大。本文研究对深基坑施工过程中预防工程事故的发生具有借鉴意义。     

软岩隧道围岩变形季节性特征与防控措施研究∗

以香丽高速洼里别隧道为依托,通过隧道围岩变形监测结果,分析了炭质板岩隧道围岩变形与季节性降雨之间的关系,研究了围岩旱季和雨季隧道施工围岩变形差异的原因,提出隧道围岩大变形防控措施.结果 表明,受季节性降雨的影响,洼里别隧道围岩变形呈现出一定的季节性特征,较于旱季时期,雨季施工时围岩变形呈现出变形量大且变形速率快的特点;围岩大变形因围岩条件、地下水及施工原因共同影响产生,而炭质板岩的软化性、崩解性及其岩层倾角是引发围岩大变形的内因,地下水则是造成围岩变形呈现出季节性特征的主要原因.最后,基于三个主要影响因素,提出适用于洼里别隧道的围岩变形防控措施,采用控制措施后,现场施工效果良好.     

考虑岩石蠕变与损伤的直立层状边坡倾倒模型

倾倒破坏是直立层状岩质边坡失稳破坏的模式之一,目前仅研究了岩石分别为线弹性体、损伤体或蠕变体时在自重作用下边坡倾倒临界高度的计算方法,而实际工程中,岩体则往往同时具有损伤及蠕变特性。为此,针对软岩中同时存在的损伤与蠕变特性,在经典欧拉压杆模型的基础上分别假定岩石为Maxwell蠕变体、基于Weibull分布的统计损伤体及损伤与蠕变共存的复合体等三种模型,获得了相应的边坡倾倒临界高度计算方法,并讨论了相关参数对计算结果的影响。研究结果表明,在直立层状边坡倾倒计算中,应同时考虑细观损伤与蠕变对计算结果的影响,当考虑岩石蠕变性时,边坡倾倒临界高度随时间增加近似呈指数规律下降。     

考虑岩体各向异性强度的隧洞围岩稳定性分析

岩体中普遍存在着大量的节理裂隙等不连续面,这些不连续面对岩体的强度有着重要的影响。以具有较密集成组节理的岩体为研究对象,以Drucker-Prager准则和裂隙应力张开准则为基础,分别考虑岩块和节理面各自的物理力学性质,研究岩体在各向异性强度准则下的理论方法,并建立了岩体各向异性本构模型,用以描述节理岩体在强度方面的各向异性及其破坏特征。将该模型用于隧洞围岩稳定性分析工程中,研究表明,该模型可以较好地解释节理岩体围岩的破坏特征,与工程实践相符。研究成果对我国地下石油、核废料储存以及深埋地下工程的设计与施工具有重要的指导意义。     

岩体裂隙连通路径及岩体等效渗透张量参数研究∗

在高放核废料的处置中,掌握地下水在裂隙岩体中的渗流规律是当下的关键问题。以甘肃北山岌岌槽一测区为工程背景,通过现场数据测得的裂隙统计参数,应用编制的 MATLAB 语言程序生成全局域内的离散裂隙网络模型,将三维裂隙以圆盘模拟并简化为变截面圆管单元渗流网络,为考虑边缘效应以圆管作为单元体切割基准。通过比较随单元体尺寸增大的三个方向上的等效渗透系数变化趋势得到表征单元体 REV,并在该单元体中计算渗透张量以及应用 Dijkstra 算法识别对应边界方向的最优路径。结果表明:该测区的渗透系数最值分别为 3.62e^-6 m/s与 9.19e^-7 m/s,水平向渗透性最小,竖直向附近最大,基本符合工程实际。     

软岩巷道围岩刚柔耦合支护技术研究与应用∗

煤矿开采进入深部开采阶段后,普遍呈现出围岩变形量大、支护构件失效的技术难题。为研究针对性的控制对策,以矿典型高地应力软弱破碎巷道为研究背景,在现场矿压监测、地质雷达探测以及地应力实测的基础上,研究了此类巷道的变形规律。同时基于现场监测及分析成果,提出了以高预应力锚杆、注浆锚杆(索)和“U”型钢架为核心的分步刚柔耦合支护关键技术,并阐明了其具体支护机制。为进一步检验新支护方案的支护效果,在新掘的胶带大巷进行了现场实验,相比原支护围岩松动破坏范围减小了近 50%,顶板下沉量、两帮移近量以及底鼓量仅 163、135 和 107 mm,52 d 内基本实现了巷道变形稳定,取得了良好的支护效果。     

多参量综合指标冲击地压预测技术研究

提出了"全局-区域-局部"多参量综合指标冲击地压预测技术,多种预测方法相互协调与配合、优势互补,形成空间上层次化全方位的预测体系,可极大提高冲击地压预测准确性。结合老虎台矿冲击地压发生机理与影响因素,提出利用微震法对采区全局范围内微震事件进行实时监测,划分具有冲击危险区域,全局范围预测冲击地压;利用电磁辐射法监测工作面及巷道近场围岩的应力场和煤岩变形破坏变化状况,确定近场围岩高冲击危险区域,局部范围预测冲击地压;采用矿压监测法和钻屑法对确定具有冲击危险的区域进行重点监测,判断冲击危险程度,对采取防治措施后的防冲效果进行检测;采用采空区气体分析法预测电磁辐射法和矿压观测法等无法监测到的采空区的冲击地压。实践证明:全局-区域-局部"多参量综合指标预测技术的各种预测方法在功能上表现出明显的互补特征,在老虎台矿的冲击地压预报中取得良好效果。     

山体超高岩质边坡治理实例分析

以某厂山体超高边坡为研究对象,详细介绍了该边坡的设计及治理措施。首先根据边坡的地质特点及原始坡率进行边坡坡型的初始设计,之后按照动态设计、信息化施工原则对设计坡型进行优化调整。根据区域地质构造、水文资料和地震情况,定性地判断边坡破坏的趋势和范围;在此基础上,选取有针对性的计算模式进行定量分析,确定边坡的稳定性安全系数并完成其稳定性评价。还介绍了边坡排水系统设计、支护结构设计及支护施工中出现的问题及相应的处理措施。该边坡的安全性评价方法和治理措施对类似超高岩质边坡的处理具有重要的参考价值。     

岩土矿物与疾病

地方病是与地质环境有一定依存性的疾病。它的致病物质除直接来自人类生产和生活制品外,主要源于自然界的大气、水土、岩石中。换言之,人类生存发育与一定地区的水、土和生物化学元素含量有关,当某些元素含量过高,与人需要量不相适应时,就可能导致人发生某种疾病。归纳与地质因素有关的地方病有甲状腺肿(克汀病)、克山病、硒中毒、氟中毒、铜毒、铅毒症、不孕症、食道癌、肝癌、布鲁氏菌病、鼻咽癌、口腔癌、乳腺癌等。     

开挖岩体边坡卸荷带宽度的计算方法

卸荷带的判别与计算,直接关系到岩体边坡的长期稳定性及致灾安全性.针对均质岩体边坡,采用弹性理论楔形体力学模型,提出了开挖岩体边坡力学模型,建立了开挖岩体边坡应力的计算方法;从开挖高度、开挖坡度、台阶宽度、岩体粘聚力、内摩擦角及岩体容重等方面,通过敏感性分析,探讨了开挖岩体边坡卸荷带宽度的变化规律,据此采用量纲分析法,建...     

震动强度对反倾层状岩质边坡动力响应规律的影响

通过振动台模型试验探讨震动强度对反倾层状岩质边坡动力响应规律的影响,着重分析边坡加速度响应峰值、加速度放大系数随震动强度增加的变化规律。结果表明:①随着震动强度增加,模型边坡各测点的加速度响应峰值不断增大,地震波频率和测点位置影响加速度响应峰值的增加方式;②震动强度对模型边坡各测点加速度放大系数的影响因地震波频率、测点位置的不同而有不同的表现。同一频率地震波作用下,相同高程的测点加速度放大系数随震动强度增加的变化规律相同;③0.20g是边坡变形破坏的临界加速度值;④震动强度的变化并不改变加速度响应峰值、加速度放大系数在边坡中的分布。该研究结果对高地震区的地质灾害防治具有指导和借鉴-意义。