地震条件下陡峭岩体崩塌式渐进破坏研究

基于离散单元法DEM,推导颗粒黏结-阻尼振动-运动演化方程,建立三维陡峭岩体模型,在地震横波与纵波条件下,进行岩体渐进式破坏演化动态过程模拟,在模型中实时跟踪9个监测点相关力学及运动参数,分析从稳定至滑动,再到碎石运动演化过程中参数变形情况。结果表明:细观颗粒间从黏结到损伤断裂再到运动的过程中,非线性运动特征差异化明显。水平向横波作用下,左侧岩体渐进式破坏严重,呈现出断裂-分离-接触碰撞-再分离的运动演化过程。不同振动强度下,岩体破损程度差异明显,振幅15以上岩体破坏严重。纵波单独作用下,岩体虽发生水平向裂纹,中部发生较大变形,但整体结构保持较好;模拟发现横波是岩体破坏的主要因素,纵波和横波叠加作用下两侧岩体破坏严重。     

拉裂式崩塌的运动特征分析——以陕西延长县为例

利用离散元法对延长县拉裂式岩质崩塌进行了数值模拟,研究了拉裂式崩塌的运动过程,分析了其运动规律。根据崩塌的受力形式和运动特点,拉裂式崩塌的运动过程分为岩体原有节理的开裂变形、崩塌体与基岩碰撞的落体运动、崩塌体相互碰撞与堆积、坡体的二次变形破坏四个阶段。由于影响崩塌运动的因素很多,其运动形式也非常复杂,数值模拟得出崩塌的运动速度小于理论计算结果,运动距离与实际调查结果基本一致。因此数值模拟结果可用于预测该类型崩塌的影响范围,同时对工程实践具有指导意义。     

崩塌灾害危险性评价云模型及其应用

为综合考量评价过程中的模糊性和随机性，基于层次分析法与云模型理论建立了崩塌灾害危险性的云模型评价方法。在崩塌形成机制分析的基础上，选定了6个评价因子，分别为危岩体特征、坡高、坡度、年均降雨量、地震动峰值加速度、人类活动影响距，进而采用层次分析方法确定各因子权重，依据单因素分级标准计算各评价指标隶属于不同评价级别的云模型数字特征后，由正向高斯云算法和因子权重值计算综合确定度，根据最大确定度得到崩塌灾害危险性级别，最后通过工程实例探讨了该方法的可行性与有效性。研究表明，采用云模型进行崩塌灾害危险性评价具有可行性，实例验证结果与赤平投影分析法一致，不仅可以考虑评价过程中的随机性和模糊性，而且能根据综合确定度判断同一危险性级别内不同危岩体的危险程度。     

近水平层状砂泥岩互层边坡悬臂梁崩塌机理研究--以志丹县牛沟川河流塌岸为例

志丹县的河流岸坡常表现为坡脚泥岩凹进、坡体砂岩凸出的悬臂梁形式,崩塌灾害时有发生。以志丹县“牛沟川河流塌岸”为对象,研究了近水平层状砂泥岩互层边坡悬臂梁崩塌的破坏机理。经现场调查,塌岸边坡破坏类型为悬臂梁式崩塌,悬臂梁危岩体的主要成因为河流的长期侧向侵蚀作用及砂泥岩互层的长期差异风化作用;在现场调查基础上,考虑自重、降水以及外部荷载作用,建立悬臂梁边坡数学-力学模型,利用悬臂梁最大弯曲应力计算理论,推导出岩腔极限深度计算公式和稳定性系数公式,其验算结果与野外调查一致;建立悬臂梁岸坡数值模型,利用离散元数值模拟软件UDEC,分析并总结出悬臂梁崩塌的灾变过程为:悬臂形成-裂隙产生-裂隙贯通-悬臂折断,堆积坡脚。     

基于PFC2D数值模拟座滑危岩破坏过程研究

发育在软硬互层结构上的危岩是一种多介质复合结构岩体,呈现出非均质危岩体的各项异性,比单一岩性在荷载作用下的受力、变形、破坏特征要复杂。利用颗粒流离散元方法进行数值模拟是研究该类危岩破坏问题的良好途径。基于PFC2D软件,对长江巫峡望霞W2危岩颗粒物质动力响应和危岩失稳过程进行了研究。结果显示,在上部重力荷载与下部软弱基座强度参数劣化的共同作用下,危岩体沿岩体底部软弱结构面锁固段发生破碎挤出。获取的位移参数表明,危岩体顶部和底部较大的速度差异可使危岩体呈后倾座滑破坏。模拟结果与实际监测数据结果吻合,验证了该方法对含软弱基座危岩破坏预测的科学性与合理性。     

拉裂-坠落式岩质崩塌失稳过程声信号特征模拟试验研究

岩体崩塌是西南岩溶山区广泛分布的地质灾害,崩塌失稳过程极为迅速,常规监测手段难以有效监测预警。根据岩体崩塌孕育发展力学过程,开展分级蠕变和自然渐变2种工况下的拉裂型崩塌相似模拟试验,采用声发射系统和无线微震传感器研究崩塌模型失稳过程声信号特征。研究结果表明：位移和应变场均仅在主破裂发展瞬间产生突变,难以提供指示失稳破坏的前兆信息;高频声发射信号的多种时域和频域参数在2种工况下的岩体崩塌相似试验中均表现明显的阶段性特征,可为岩体崩塌失稳提供有效的失稳前兆指示;采用滑动窗口法分析了试验全过程的微震波形信号,根据主频特征可清晰区分3类信号,低频信号在加速损伤阶段出现突降;根据2种工况下相似模拟试验声发射和微震信号的特征,崩塌发展过程可分为渐变阶段、主控面加速损伤阶段和失稳破坏阶段,模拟自然渐变荷载下主控裂纹贯穿失稳更为突然。研究成果为发展岩溶山区岩体崩塌监测预警方法和技术提供了支撑。     

汶川地震重灾区陇南寨子崖危岩体稳定性分析与防治对策

汶川地震诱发了大量的次生地质灾害,陇南寨子崖危岩体在地震过程中发生了较大规模的崩塌,震后局部崩塌不断,严重威胁着灾后重建安置点数百人的生命安全,因此准确判断该危岩体稳定性,并采取相应的处理措施尤为重要。在研究寨子崖危岩体所处地质环境及危岩失稳的诱发因素基础上,分析了该危岩体的分布规律及形态特征,并采用工程地质分析法和极限平衡法对该区几处主要危岩单体的稳定状况进行了定性与定量分析评价。经分析判断均处于不稳定状态,需进行工程治理。针对每个危岩单体的具体特征,提出了小规模清方+锚固+SNS主动防护等的联合治理方案。     

基于AHP-Fuzzy法的灰岩地区崩塌体失稳危险性评价

危岩崩塌体的形成是多种影响因素综合作用的结果,且影响因素具有复杂性与模糊性的特点。基于AHP法,通过分析影响三峡库区灰岩地区崩塌体发育的各种因素,选取地形和地质条件、崩塌体几何特征及其他3个因素作为准则层,遴选出了陡崖高度、陡崖结构特征、陡崖所处地质构造、崩塌体规模、主控结构面倾角、主控结构面贯通度、日最大降雨量、风化作用、地震烈度及人类工程活动等10个评价指标作为子准则层,构成了AHP法的层次结构,建立了危险性评价指标体系。将层次分析法和模糊综合评价法有机结合,构建了三峡库区灰岩地区崩塌体危险性模糊综合评价模型。通过工程实例磨子岩W1,W2,W3三个危岩体对该评价模型进行了检验,磨子岩危岩危险性评价结果符合磨子岩危岩整体稳定性较差,已经发生部分崩塌,危险性极大的客观实际,表明构建的三峡库区灰岩地区崩塌体危险性评价模型具有较好的的适用性。     

长江三峡链子崖的数值仿真与可视化

秭归新滩链子崖危岩体,是长江上最危险的滑坡,是国家重点监测点。研究其数值仿真方法,具有重大的实践意义。本文利用AutoCAD中链子崖T0～T6缝区危岩体监测点位布置图和历年形变监测数据,来对链子崖危岩体进行二维、三维的数值仿真,并利用有限的监测点数据设计模型算法,结合Matlab强大的数字与图像处理能力来模拟使其可视化。通过对1996～2005年的数据进行分析处理,以图形的方式来显示其变形的特征及规律,对今后危岩体的破坏性和预测防护工作提供一定的依据。     

危岩稳定性评价的颗粒流断裂力学法

针对危岩稳定性评价问题,结合颗粒流数值模拟方法和断裂力学理论,建立了危岩稳定性评价的颗粒流断裂力学法。选用接触黏结模型,建立了断裂韧度颗粒流数值试验方法,并通过应力强度因子计算公式求取颗粒流数值试样的断裂韧度。根据断裂韧度与接触黏结强度之间的关系,建立了断裂韧度的细观参数标定方法。最后通过实例分析了上述方法在危岩稳定性评价中的应用,分析结果验证了其可行性。     

地铁车站结构地震反应分析的子结构法

对 1 995年日本阪神地震中地铁车站的破坏现象进行了研究 ,分析了地铁车站的地震破坏机理 ;采用二维子结构分析方法和软件SASSI2 0 0 0 ,分别对水平向和竖向地震动作用下神户大开地铁车站结构的地震反应进行了数值模拟分析。首先采用SHAKE91程序计算自由场土体的动剪切模量和阻尼比 ,在SASSI2 0 0 0中不再考虑土体的非线性 ,在建模时把地铁车站上方的土体作为车站的附属结构。把本文的计算结果与 1 995年阪神地震中该车站的震害进行了详细的对比分析 ,发现本文所得的大开地铁车站地震反应规律与其震害完全吻合 ,本文的计算结果能够合理的解释神户大开地铁车站的各种震害现象。因此 ,本文对地下车站的抗震设计具有一定的参考价值和指导意义     

基于偏最小二乘法的黄土湿陷性评价模型

基于统计学相关理论的黄土湿陷系数预测及评价方法是简化其工程应用的重要途径。当前采用多元回归方法建立黄土湿陷系数预测模型过程中往往缺乏对自变量间多重相关性对预测精度影响的合理考量。基于上述考虑,该文分别采用普通多元线性回归方法和偏最小二乘回归方法建立了黄土湿陷系数的多因素(天然含水量、初始孔隙比和压缩系数)回归模型并对二者精度进行了对比验证。结果表明:偏最小二乘方法在消除自变量之间多重相关性对结果的扰动方面成效显著,采用偏最小二乘回归分析方法获取的回归模型预测效果明显优于普通多元线性回归方法获取的回归模型。黄土湿陷系数与天然含水量和初始孔隙比之间存在显著的正相关关系。压缩系数对湿陷系数的解释能力较差,即使通过偏最小二乘分析方法依然无法正确体现其对湿陷系数的微弱影响,在后续相关回归分析中不宜将压缩系数作为湿陷系数的自变量。     

土石坝管涌溃坝过程数学模型及应用

通过国内外土石坝管涌溃坝模型试验发现,管涌通道断面在溃坝过程中呈现城门洞形,并不断发展扩大直至坝顶发生坍塌。而目前常用的管涌溃坝过程数学模型大多假设管涌通道为圆形或矩形,与实际情况不符。基于土石坝管涌破坏机理,提出一个土石坝管涌溃坝过程数学模型,模型假设初始管涌通道断面为底部正方形顶部半圆形的城门洞形,采用基于水流剪应力的冲蚀公式模拟冲蚀过程管涌通道两侧边向外的发展,采用普罗托季亚科诺夫压力拱理论模拟管涌通道顶拱的发展;通过比较管涌通道上部坝体的重力与管涌通道两侧土体的抗剪强度判断管涌通道的垮塌,分别选择孔流和堰流公式模拟管涌通道坍塌前后的溃口流量;当管涌通道坍塌后,假设坍塌的土体立刻被溃坝水流带走,随后发生漫顶破坏,使用极限平衡法模拟漫顶溃坝过程中的溃口边坡稳定性。模型采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟溃口的水土耦合过程,选择国内外25个具有实测资料的土石坝管涌溃坝案例对模型进行验证,比对峰值流量、溃口最终宽度及溃坝历时等参数发现,模型计算结果与实测值的相对误差可满足工程需求,验证了模型的合理性。     

大型河谷场地地震动特性研究

采用有限差分方法,通过算例研究了大型河谷场地地震动特性分析中的人工边界的选取方法,对比分析了不同人工边界的选取对数值模拟结果的影响,确定了散射场地震反应分析输入边界的地震动输入方法,认为在进行有限差分动力计算时,模型两侧施加自由场边界的模拟效果要优于两侧施加粘性边界的模拟效果;同时,对FLAC计算软件进行二次开发,对2个地形差异较大的河谷场地,采用线性和非线性摩尔-库仑模型进行了地震反应对比分析,研究了河谷场地地震动幅值和频谱特性随地形变化的规律。模拟数据表明,河谷场地谷底处地震动基本无放大作用,地势凸起处放大作用则较为明显;当考虑土体非线性时,随着地震动强度的增加,放大作用逐渐减小;谱分析结果表明,地势凸起处受高频地震动的影响显著,而地势平坦的谷底则受低频地震动的影响显著。     

矩形柱体地震动水压力的附加质量简化模型∗

针对矩形柱体在水中的振动问题,提出一种代替水-结构动力相互作用的附加质量模型。基于矩形柱体动水压力的计算公式、自由振动方程、自振频率和振型的计算公式,建立了水中矩形柱体地震动力反应的计算公式;基于柔性结构的一阶频率降低率,建立了矩形柱体柔性运动引起动水力的附加质量简化公式,并给出了水中矩形柱体自振频率的简化计算公式;基于刚性运动引起的动水力,建立了矩形柱体刚性运动引起动水力的附加质量简化公式;建立了地震作用下水中柱体结构的简化分析模型,即分别采用柔性和刚性运动附加质量的简化公式代替相应的水-结构相互作用。     

近场长周期强地震动幅值谱研究

本文研究了近场长周期强地震动加速度的傅氏谱和功率谱模型及其参数估计方法,基于强地震动参数统计上的无向性,提出了一种结合地震学模拟模型和工程学统计回归模型的综合方法。文中定义了强地震动平稳段均方根加速度的计算方法,并通过均方根加速度建立了震源力学参数和强地震动工程参数间的关系。通过对目前使用的主观持时定义的应用分析,指出主观持时定义使得估计的地震动过程的峰值加速度的变异性与实际地震动过程的峰值加速度的变异性有显著不同,明显偏小,这对于结构抗震可靠度分析可能会得到失效概度偏小的结果,应引起工程界的重视。     

强震记录中速度大脉冲模拟及其对反应谱的影响

在近断层地震中,具有速度大脉冲的强震动对建筑物的影响较大。为了描述速度大脉冲,Makris和Roussos提出了由简单连续函数构成的模型,该模型参数较少、形式简单,用来描述实际地震记录中的速度脉冲大多取得较好的效果,但还是有一些记录模拟的结果会出现"丢失"现象,存在一些缺陷。针对此问题,本文提出了2个改进的方法——组合法和镜像法,用来扩展Makris和Roussos模型的适用范围,使其具有更好的适应性。     

平稳随机地震动模型及其在土石坝随机地震反应分析中的应用

考虑地震动的随机性,根据随机过程理论,提出一种简单的模拟平稳随机过程的地震动模型,并给出了确定模型参数的原则和方法。继而,将其应用于一均质土坝,并与K ana i谱和M arkov谱进行了比较,验证了该模型的合理性。同时,探讨了该土石坝在随机地震动激励下的地震反应。     

一致激励条件下非线性工程场地地震动相干函数分析

在地震动过程中,土介质中的剪切波速往往出现显著的降低现象,体现出强烈的非线性性质。本文将随机振动的虚拟激励原理、土非线性分析的等效线性化方法与工程波动理论散射问题的求解方法相结合,建立了开放系统中一致激励条件下考虑岩土介质非线性的工程场地地震动随机场数值模拟方法。该方法将随机输入下的波动分析问题转换为虚拟激励下的确定性波动分析问题,非线性土体峰值剪应变的统计特征可通过剪应变均方差和峰值因子获得。结合具体算例及M on te—C arlo模拟方法对所提出方法的合理性进行了验证,在此基础上应用该方法对一致激励下实际工程场地的地震动相干性进行分析,结果表明场地的局部条件对地震动相干性有重要影响。