碎屑流冲击挡墙的土拱效应研究

为揭示干碎屑流冲击挡墙过程中碎屑颗粒在底板、底板与挡墙之间的土拱效应,探讨了土拱效应的形成机理、冲击力拱的形成特征以及对冲击力分布变化的影响,为碎屑流的工程防护提供理论支持。利用PFC模拟方法和模型试验的数据资料,进行了不同底板坡度下干碎屑流冲击挡墙的数值模拟分析。发现碎屑流运动中摩擦作用和碰撞机制导致的底板的颗粒之间、垂直底板方向上不同高度颗粒之间的速度差异是土拱效应的形成机理;碎屑流颗粒之间以及颗粒与底板间的摩擦作用引起的冲击力迹线的偏转较小,形成小冲击力拱;颗粒的冲击力迹线在碎屑流受挡墙的阻止时产生较大的偏转叠加,在底板与挡墙间形成大冲击拱。研究结果表明:碎屑流的运动机理产生土拱效应,土拱效应的特征不仅影响了碎屑流冲击力的分布变化,还导致了冲击力随挡墙高度的非线性分布。     

颗粒流冲击力研究现状及讨论∗

颗粒流包括滑坡、泥石流、碎屑流、雪崩等,通常对桥梁、公路、居民区具有较大危害。分析了颗粒流的运动过程及其侵蚀、堆积和爬高等特性;此外,对颗粒流冲击力计算模型及其野外观测结果进行阐述。结果表明:现有冲击力计算模型认为冲击力在结构全断面呈均匀分布,忽略了颗粒流的运动特性对冲击力的影响;大块石冲击力计算忽略了颗粒破碎和浆体垫层效应对冲击力的影响,造成巨大的计算误差;由于传统传感器的缺陷,现有野外观测结果也存在较大误差。对此本文提出野外观测需要通过引入或开发新式压力传感器以得到更准确的颗粒流冲击力大小及其分布形式,从而更精确的修正理论模型;理论计算模型研究工作需要考虑颗粒流浆体的垫层效应、流体与基底的相互作用及块石冲击破碎等对流体冲击力的影响,从而推导出更准确的冲击力计算模型,指导工程实际。     

不同拦挡结构对滑坡-碎屑流冲击和堆积特征的影响

滑坡碎屑流是高位滑坡的一种常见运动形式,具有大规模、远程、高速的特点,在滑坡碎屑流运动路径上设置拦挡结构,可减小其致灾范围和致灾强度。文章运用三维离散元模拟软件,研究3种不同拦挡结构对滑坡碎屑运动和堆积特性的影响。研究结果表明:由于拦挡结构的作用,碎屑流颗粒的运动方向发生偏转,同时滑体的速度分布产生显著的变化-滑体最大速度从坡脚处变化到滑槽上颗粒的后缘。随着拦挡结构宽度的增加,法向力显著增大,切向力增加不显著;堆积区面积和最大水平运动距离不断减小,安全区的面积逐渐增加。本文引入无量纲数(Nk)分析颗粒分选效应对不同颗粒的运动和堆积特性的影响,相同拦挡宽度时,K3的Nk值最小,K1的Nk值最大; 3种颗粒的Nk值随着拦挡结构宽度的增加逐渐增大。有拦挡结构时,碎屑流颗粒堆积体积百分比呈现指数函数分布,即随着运动距离的增大逐渐减小;无拦挡结构时,颗粒堆积体积的百分比呈现Extreme函数分布,即体积分布在中间位置附近取得峰值,向两侧呈递减趋势。     

基于PFC~(3D)黏性碎屑坡面运移动力过程阶段划分与分析

黏性碎屑流是常见崩滑灾害运移形式,其动力特性是此类灾害致灾过程中研究的关键环节。为探讨黏性碎屑流坡面运移全过程的动力学特性,在实验测定泥浆力学参数基础上,利用PFC3D离散单元法(discrete element method,DEM),模拟黏性碎屑流坡面运动全过程。通过监测颗粒间平均接触力、平均不平衡力及特定颗粒坡面运动过程空间位置、平动速率、转动速率等运动力学参数变化过程,将运移过程划分为启动、运移和堆积三阶段,结合颗粒间平均接触力及不平衡力变化过程,对各阶段动力学特性进行定性分析。结果表明,各阶段内部平均接触力变化表现为,减小—增加—稳定;运动速率变化表现为,高频小幅波动及缓增速—低频大幅波动及快增速—高频小幅波动及减速稳定。     

长江三峡地区大型岩崩滑坡的历史与现状概述

本文根据大量历史文献资料和实地调查材料,全面概述了长江三峡地区大型岩崩和滑坡的分布区域、发育情况和基本特点,重点分析了新滩地区岩崩与滑坡的历史与近况,并指出了对三峡工程和长江航道的严重影响。     

碎屑流－堵河震动频谱特征识别的试验研究

主动监测碎屑流运动过程中产生的地震动信号可用于灾害运动演进过程评估、监测预警。通过开展室内模型试验,模拟了不同坡度下,山前平地型碎屑流和堵河型碎屑流运动过程,并采用经验模式分解（EMD）和短时傅里叶变换（STFT）相结合的时频分析法分析了其震动特征。结果表明:①根据震动信号将碎屑流运动过程分为分离启动阶段、加速阶段、冲击接触阶段、堆积阶段,并分析了各阶段的时域、时频域和瞬时能量特征;②碎屑流相对运动产生的地震信号的能量强度、频率和振幅与碎屑流相对于滑槽的运动状态相关性强;③斜坡坡度增大时,对波形曲线特征、能量分布特征影响显著,同时加速阶段和冲击接触阶段的最大振幅逐渐增加,呈现较好的线性关系;④山前平地型碎屑流和堵河型碎屑流在堆积阶段的地震波波形、时频图和瞬时能量变化都具有明显差别,并且前者在堆积阶段的最大振幅在相同斜坡坡度下都大于后者,以上指标可作为碎屑流-堵河的超前识别依据。     

大渡河响水岩崩堵溃洪水预测研究

位于大渡河上游的响水地段,在有利的地质地貌和水文气候环境下,岩崩、坍塌十分活跃,特别是响水沟汇口处的响水岩崩,其规模达2.40×106m3,一旦活动,能直接堵塞大渡河,相应产生的堵溃洪水,会严重危害下游的中国历史名城--四川泸定和石棉.为了城市建设规划和防洪工程的需要,对该岩崩次生的特殊洪水进行了预测研究.     

泥石流坝后侵蚀坑纵剖面形态及最大深度实验研究

泥石流拦砂坝坝后侵蚀坑形态和深度是泥石流冲刷基础研究的薄弱环节。通过室内水槽实验,探讨了泥石流坝后侵蚀坑的形态和不同实验控制条件下侵蚀坑深度的变化规律等。由实验观察可知,侵蚀坑纵剖面整体上呈现两端浅中间深的形态特征,其最深点的位置随水槽坡度增大向下游方向发展;侵蚀坑坑内上游坡度较下游坡度陡,对于具有相同级配的粘性砂和无粘性砂,无粘性砂的侵蚀坑坑内坡度较粘性砂的缓;侵蚀坑的最大深度受沟床纵坡、泥石流的容重、沟床组成物质的性质(特征粒径、粘性)等因素的影响较大;泥砂粘性的存在将大大削弱侵蚀的深度。     

发电机定子冷却水管路堵塞的原因分析及处理

利用FLAC模拟了不同岩石峰后脆性条件下圆形巷道围岩的破坏区分布及能量释放规律。在计算中,采用了应变软化本构关系及"先加载,后挖洞"方式。模拟结果表明,随着峰后脆性的增加,围岩中发生破坏的单元变多,释放的弹性应变能总量增加,巷道围岩越来越难于再次达到平衡状态;尽管在一些算例中出现了沿环向发展的破坏区,但是不认为这与分区破裂化现象有关;难于采用二维的滑移线或破坏特征线解释分区破裂化现象。围岩分区破裂化现象的研究可从三维连续介质模型的空间局部化视角出发,亦可从二维颗粒体模型的颗粒相互作用机制视角出发,这两种思路都引入了二维连续介质模型中不具备的因素。     

人群疏散中"非适应性"行为的研究

本文从人与人的相互作用和社会学、心理学的角度,对人群疏散中“非适应性”行为的理论、计算机模型、模拟原理等进行了较为深入的研究,并以具体实例说明了Building Exodus软件在人群疏散模拟分析中的具体应用,为完善该研究方向的计算机模型和促进软件的开发提供理论和方法的指导.文章得出的结论是：“非适应”人群行为的研究需要从心理学和社会学的角度建立人群中个人行为与社会行为的理论框架.“非适应”人群行为的研究方法必须与紧急情况相结合,而紧急情况是一个由多个人员组成的复杂系统,大量人群环境的模拟需要涉及到人与人之间,人与环境之间的相互作用.     

基于SVM⁃RF的泥石流窗口坝闭塞度判别研究∗

为了研究野外泥石流防治工程中窗口坝的开口闭塞类别,基于量纲分析理论,以室内水槽试验模拟实际工程,分析模型试验与实际工程的相关物理量及对应的相似准数;引入支持向量机和随机森林分类模型,在开源机器学习工具Scikit-Learn中,采用python编程实现算法;以室内水槽试验数据作为支持向量机和随机森林的训练样本,进行机器学习得到分类模型,提出一种用于判别泥石流窗口坝闭塞类型的新方法;将测试结果与经验公式中闭塞度判别值F的分类结果进行正确率对比,结果表明,F值的分类准确率为88%,而支持向量机为92%,随机森林为94%,随机森林分类效果最好,机器学习理论为泥石流窗口坝在实践中的设计提供了新思路。     

深基坑支护开挖对临近地铁隧道结构的影响分析研究

通过数值计算,采用考虑基坑开挖过程中土体剪切模量随应变增大而衰减特性的HSS模型,研究了基坑开挖卸荷作用下,邻近地铁隧道的埋深、隧道和基坑地连墙距离及刚度比等关键因素对地铁结构附加弯矩和附加位移的影响。结果表明:对于坑底隧道,在地下墙埋置深度范围内,与地连墙水平距离越大,隧道的侧移越小,在地下墙埋深以下,隧道侧移随与地连墙水平距离的增大而增大;通过比较坑侧与坑底隧道的附加弯矩与位移,得出地连墙底附近区域因基坑开挖卸荷引起的隧道附加弯矩较大,出现应力集中和明显的隧道-土-挡墙相互作用效应,坑侧隧道水平附加位移普遍大于竖向附加位移;此外,隧道与地连墙刚度比增大,对挡墙侧移和隧道附加位移都有明显的抑制作用。该研究揭示了基坑开挖作用下隧道-土-挡墙之间的相互作用规律,对深基坑开挖优化设计以及临近地铁结构的保护和安全运行具有一定的指导意义。     

大气作用下膨胀土地基的水分迁移与胀缩变形分析

运用土体渗流和蒸发理论,建立了大气-非饱和土相互作用模型;以现场观测的气象数据作为边界条件,进行了地基土中水分迁移的数值模拟,得到了大气作用下地基土体含水量的动态分布规律.计算结果表明,地基土中含水量变化幅度随深度增加而递减,3.5m深度以下土体的体积含水量基本不变,从而确定了南宁地区膨胀土地基的大气影响层深度为3.5...     

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。     

基于壳-弹簧模型的组合式预制管廊纵向抗震分析

利用ABAQUS有限元软件,建立了组合式预制管廊三维壳-弹簧有限元模型,研究地震作用下组合式预制管廊之间的相互作用,以及组合式预制管廊的整体抗震性能。采用壳单元模拟管廊结构,非线性弹簧单元模拟管廊承插式接头、钢绞线、舱室之间填充的泡沫板材料,非线性地基弹簧模拟土-结构相互作用。利用反应位移法计算了组合式预制三舱(双舱+单舱)管廊在安评波作用下的变形及内力响应。研究表明,安评波不同入射角度下,双舱管廊和单舱管廊之间存在相互作用,但管廊之间峰值相对位移小于其初始间距;随着安评波入射角度的增加,双舱管廊和单舱管廊的接头张开量及内力均呈现先增大后减小的趋势,接头张开量和截面内力峰值均满足抗震验算要求。     

场地软土夹层对桥梁结构相互作用体系动力响应影响参数化分析

为探讨场地软土夹层对桥梁结构动力响应特性的影响效应,通过建立桥梁结构一地基基础相互作用体系动力参数化数值分析模型,采用Newmark逐步积分方法求解材料非线性的动力平衡方程,针对水平地震力作用下桥梁结构一地基完全相互作用体系进行动力响应时程参数化分析,研究了软土夹层深度范围和厚度变化对场地滤波作用、桥台、中桩和边桩受力变形的影响规律,计算结果表明:场地软土层深度减小或厚度变薄,加速度反应谱曲线双峰特征、滤波放大效应和边桩、中桩弯矩极值沿深度S型变化特征越明显,可为相关工程设计与实践提供指导和参考作用。     

崩塌体运动的全过程模拟及工程应用研究

基于颗粒流程序,建立颗粒-颗粒之间和颗粒-墙体之间线性接触刚度模型、滑动模型和带滞后阻尼性质的接触模型,对危岩体崩塌各个运动过程进行数值实验,得出一种比较理想的模拟方法和参数选取方法,对于研究含有多种运动形式的危岩体崩塌复合运动有一定的参考价值。结合工程实例,模拟危岩体自脱离边坡坡面到运动终止的全过程,并说明模拟方法的有效性,预测危岩崩塌体的滑落距离和任意位置处的速度,为选取合理的防治措施提供指导。     

三维土-管道相互作用及地震反应分析

在地震作用下,由于土与管道相互作用,常会导致管道严重破坏.建立了管线地震反应的三维计算模型,采用静态Mindin解和动平面解相结合的方法,考虑半无限三维空间中各维间的耦合作用,求解了三维土-管相互作用,进行了三维地震反应分析.利用本章建立的三维模型可进行管网的地震分析.     

地震作用下土‐深埋地下结构相互作用的高效时程分析方法∗

基于黏弹性边界和将场地地震反应转化为等效荷载的有限元直接法是目前进行地震作用下土-结构相互作用分析的常用时程分析方法之一。当结构埋深较深时,整个土-结构系统的有限元模型自由度数目较多,尤其对于三维问题,计算效率低。提出一种高效分析方法,即一维场地反应分析仍然针对整个深厚土层,在后续的土-结构相互作用分析中将土-结构计算模型的自由表面向下移动、底边界面向上移动到接近结构的位置,通过缩减土-结构相互作用模型尺寸来提高计算效率。采用理论分析与数值算例,通过与采用整个深厚土层的传统土-结构相互作用分析结果对比,说明提出的高效分析方法能够满足精度要求,并且针对不同结构尺寸、结构埋深和围岩等级给出上、下人工边界位置的建议。     

端承桩‑土动力相互作用的频域子结构分析方法∗

对动力荷载作用下桩‐土相互作用问题,将桩和结构等效为一维杆、土体假定为黏弹性介质,提出了一种桩‐土动力相互作用的频域子结构分析方法。首先,基于连续介质力学方法,通过引入势函数对土体振动方程进行解耦, 根据边界条件推导桩周土体位移和应力的表达式,并结合桩‐土耦合连续性条件推导出均质土体中水平抗力表达式。之后,基于有限元方法将桩和结构采用梁单元离散,进一步通过有限元离散得到土体水平抗力与桩位移之间的动力刚度矩阵,并将其与桩和结构的动力刚度矩阵耦合形成耦合有限元方程,从而建立了结构‐桩‐土体系动力响应的频域子结构模型。最后,通过 Abaqus 软件中的三维有限元模型对该方法进行了验证;利用提出的模型分析了土体动力刚度、土体阻尼和土体模型等对结构动力响应的影响,并分析了地震动一致和非一致激励对结构地震响应的影响。