折线坡形挡土墙主动土压力计算方法研究∗

折线坡形边坡由于其填土面形态与经典土压力理论假设条件不符,无法直接使用经典土压力理论求解。依据挡土墙背后楔形体静力平衡原理,建立墙后多边形楔形体侧压力分析力学模型,得到总侧压力关于破裂角的函数表达式,通过求其极值,得到主动极限平衡状态墙后填土破裂角和主动土压力。分别求得坡顶地表局部水平边坡、坡顶地表局部倾斜边坡主动土压力计算公式,与现行规范方法对比表明,克服了现行规范折线坡形挡土墙上主动土压力计算方法不考虑墙土摩擦力的不足,所得土压力合力及倾覆力矩均小于规范方法计算结果,与图解法方法计算结果一致,且避免了图解法繁琐的作图工作。针对实际工程中经常出现的坡顶地表局部倾斜边坡,提出了将坡顶地表局部倾斜土层折减为均布荷载的折算系数,简化了土压力计算方法。     

降雨条件下坡面细沟侵蚀模型及临界坡度研究

分析了坡面侵蚀影响因素,采用水力学计算公式,建立降雨条件下,坡面细沟侵蚀模型。对坡面松散颗粒启动和土块启动进行分析,得出了坡面侵蚀临界水深条件。并对侵蚀速率及其影响因素进行探讨,得出当侵蚀速率大于零时,坡面侵蚀能力随着坡度的增大而增大,当侵蚀速率小于零时,坡面抗侵蚀能力随着坡度的增大先增大后减小,存在一个临界坡度θ_m,临界坡度一般在7°~24°之间,受内摩擦角的影响显著,随着内摩擦角的增大而增大。同时,基于侵蚀速率、侵蚀方式和临界坡度,将坡面划分为强烈侵蚀区、稳定侵蚀区和弱侵蚀区三个阶段,从力学的角度,揭示了坡面演化过程中的一些现象。     

隧道穿越距离变化对地表框架结构变形的影响

为了研究隧道施工对邻近建筑物基础的沉降量、沉降差、扭转及倾斜等变形特征随隧道距离的变化规律,结合广州地铁隧道下穿一个框架结构建筑物,利用FLAC3D软件建立隧道-土-建筑结构的三维有限差分计算模型,考虑了建筑物的中间纵向框架与隧道轴线平行、距离从0m增加到20m共11种工况。根据计算结果,建筑物的最大扭曲变形量和最大沉降量随着距离的增大,都由最大值逐渐减小趋于零,其中最大扭曲变形量减小很快,当水平距离超出隧道轴线埋深时,扭曲变形量可以忽略不计;而建筑物倾斜、相邻基础的沉降差先由零逐渐增加,在沉降槽边缘内侧达到最大值,随后逐渐减小,最后逐渐趋于零。研究结果表明,对于受隧道施工影响的地表框架结构建筑物,在隧道上方位置时应重点监控其沉降量和扭转变形量,而在沉降槽边缘内侧时应注意监控其沉降差和倾斜量。     

岩溶塌陷的致塌力学模型研究——以泰安市东羊娄岩溶塌陷为例

2003年5月泰安市东羊娄村发生大型岩溶塌陷地质灾害,仅塌陷坑面积就达750m2。经调查研究,真空吸蚀致塌和重力致塌是该岩溶塌陷形成的致塌力学机制,致塌力主要为覆盖层土体自身重力和地下水快速下降过程中形成的真空负压吸蚀力。根据岩溶塌陷形成机理的分析结果,分3部分建立了岩溶塌陷的致塌力学综合模型,即基于普氏天然平衡拱理论的土洞极限平衡高度公式、基于极限平衡理论的桶状塌陷坑形成判别公式和基于莫尔-库伦强度理论的漏斗状塌坑形成判别公式,经东羊娄村岩溶塌陷后验分析,计算结果与岩溶塌陷的实际情况基本吻合。     

考虑渗滤液作用的填埋场边坡组合破坏稳定分析

现代卫生填埋场广泛采用复合衬垫结构,破坏面沿底坡衬垫界面和垃圾体内部的组合破坏形式是填埋场可能的失稳形态之一,相应的计算分析有待进一步完善。将潜在滑坡体划分为主动体和被动体两部分。其中,被动体沿底坡衬垫界面发生平移滑动破坏,主动体沿垃圾体内部破坏面发生转动破坏。首先,采用极限平衡理论,推导了被动体发生平移滑动时的临界启动荷载的表达式;基于极限分析上限定理,对主动体的转动破坏机制进行了分析,得到了主动体剩余下滑力的计算表达式。然后,由主、被动滑体之间的作用力相等,且考虑渗滤液水位作用的影响,提出了填埋场发生组合破坏的稳定安全系数的计算分析方法。结果表明,相比黏聚力,底坡衬垫界面的内摩擦角对填埋场稳定性的影响更为明显,因而衬垫系统的修建宜选择内摩擦角较高材料;背坡渗滤液水位越高,填埋场发生大规模失稳的可能性越大;前坡渗滤液溢出点越高,靠近填埋场前坡的浅层垃圾体越容易发生局部破坏。实际工程中,渗滤液水位的升高会严重降低填埋场的稳定性,应引起足够重视,确保填埋场的安全运营。     

下击暴流下单立柱三面式广告牌风压特性研究∗

基于计算流体动力学理论,采用雷诺平均方法对下击暴流作用下单立柱三面式广告牌结构风压分布进行三维数值计算。首先,通过模拟下击暴流风场风剖面验证计算模型及参数准确性。然后,主要分析径向距离和风向角对广告牌风压分布特性的影响。数值结果表明：径向距离和风向角对广告牌风压分布特性有较强影响,当结构置于 R=0D_jet时,广告牌内外表面均承受较大压力;而 R=1D_jet时,广告牌各面板所受压力达到最大值,然后随径向距离逐渐增大其数值不断减小。随风向角不断增大,广告牌各面板前后叠加风压系数逐渐增大,广告牌迎风面风压系数分布由不对称逐渐转变为对称分布,受高压区域面积也随之逐渐增大。     

建筑物塌陷损坏评价的物元模型及其应用

矿产采掘和地下水资源开采造成的地表塌陷是一类较为严重的地质灾害,地表的塌陷必然会对依附于地球表层的建筑物造成不同程度的损害,建筑物损害的量化评价是地表塌陷损害工程评估的一项重要内容。本文应用可拓学的理论和方法,基于可拓学中的可拓集合变换和相关函数分析法,给出了受塌陷影响建筑物损害评价的经典域物元和节域物元,并建立了建筑物损害量化评价的物元模型。通过具体的计算示例说明了该方法的应用步骤,并对该方法的合理性进行了验证,为建筑物塌陷损坏评价提供一种新的方法。     

汶川地震灾区坡面和沟谷泥石流冲出距离计算方法

坡面型和沟谷型泥石流是2种不同的泥石流,不能用单一模型来计算它们的冲出距离。经分类研究,发现它们冲出距离的主影响因子有很大不同:对于沟谷型泥石流,主要是沟道内的松散物质储量;而对于坡面型泥石流,主要是坡面松散体的高度以及体积。2种泥石流的冲出角分布也存在很大差别:研究区沟谷型泥石流的冲出角在29.6°～82.9°之间,表现出"高量级、高冲出角"的特征;坡面型泥石流的冲出角在25°～47°之间,且大部分的冲出角在30°左右,表现出"低量级、低冲出角"的特征。在此分析的基础上,用回归分析方法建立了汶川地震灾区2种不同类型泥石流冲出距离的计算方法。最后,将经验计算方法用陈家坝文家坪坡面泥石流和红椿沟泥石流进行验证,与实际值较为吻合。     

黄土高陡边坡建筑动力临坡安全距离试验研究

针对黄土高陡边坡独特的动力易损性以及黄土地区典型的建筑分布特点,以黄土高陡边坡坡顶建筑物的动力临坡安全距离为研究目标,采用大型振动台模型试验的方法,通过输入振幅逐级增大的地震波,对比分析了坡顶、坡脚处建筑物的动力响应与破坏过程,揭示了强震作用下临坡建筑的失稳特征与动力临坡安全距离。结果表明:坡顶建筑物的破坏程度与动力响应比坡底建筑强烈,随着边坡的破坏,坡顶建筑物有发生向坡面一侧倾覆的风险,滑坡土体最高堆积至坡下建筑物4层高度处;坡顶建筑地基基础呈“不对称式拉剪破坏”,加速度沿楼体高度有放大效应,且随着地震荷载幅值的增大,放大效应更加明显;土与建筑结构相互作用下,坡顶裂缝竖向发展可达50 cm,对照原型,黄土高陡边坡的竖向裂缝深度可达25 m,试验结果与1989年塔吉克斯坦5.5级地震震害相符。坡高为35 m,坡脚角度为70°的黄土高陡边坡,在强震荷载作用下,坡顶多层建筑的临坡安全距离最小值为20 m。     

覆盖型岩溶土洞致灾过程的数值模拟与预测

以福建永定樟坑自然村岩溶塌陷为研究对象,在野外调查的基础上结合研究区地质环境特征和工程地质资料,归纳总结了岩溶塌陷的致塌机理,采用莫尔-库仑准则建立了考虑了负压作用、地下水浮托力和动压力、降雨入渗作用的力学模型,通过极限平衡理论进行土洞稳定性评价,同时采用有限差分软件FLAC3D模拟了地下水位下降条件下岩溶土洞的发育过程。研究结果表明,福建永定樟坑自然村岩溶塌陷成因机制以渗流潜蚀作用为主;岩溶塌陷系数K与地下水位差呈线性关系,地下水位变化幅度越大,K值降低越多;地下水位变幅、气压差、降水强度三个因素对樟坑岩溶土洞塌陷的影响方面,地下水位下降对岩溶塌陷所起的作用最大;研究区岩溶塌陷主要由于周边矿山采矿过度抽水、地下水位落差过大导致。     

基于GIS的矿山塌陷损害评价系统及可视化方法

在各种工程塌陷问题中,矿山开采引起的地表塌陷是最为严重的一类,矿山塌陷是工程防灾减灾的重要内容。本文围绕“基于GIS的矿山塌陷损害评价系统”的构筑问题,对矿山开采塌陷的三维计算方法和塌陷数据的组织及可视化方式进行了探讨,给出了丘陵和低平山地条件下地表塌陷的三维可视化预计方法,实现了DEM和地表塌陷盆地的可视化表达,并对三维地形图与三维塌陷图的可视化叠置进行了探索。     

SV波斜入射陡坎地形对地面运动的影响

采用有限元数值模拟方法探讨了在SV波斜入射时,入射角度θ、入射方向和陡坎坡角α等参数变化对陡坎场地地表震动加速度峰值放大系数影响。结果表明:1)对x分量,从陡坎底部到陡坎顶部,放大系数逐渐增大,入射角度、坡角和入射方向没有影响;对z分量,放大系数分布规律相对复杂。2)入射角度θ一定时,无论地震波顺着陡坎方向(左)入射还是逆着陡坎方向(右)入射,陡坎上侧的放大系数大于陡坎下侧的放大系数。同时,放大系数随着坡角α的增大而增大。3)坡角α不变,地震波顺着陡坎方向(左)入射时,x分量的放大系数随着入射角的增大而减小,z分量的放大系数随着入射角的增大而增大。4)地震波逆着陡坎方向(右)入射时,x分量放大系数随入射角的变化与输入波有关,但最大值基本在陡坎上侧边缘。z分量放大系数随入射角的增大而增大,最大值的位置无一致规律。5)地震波顺着陡坎方向(左)入射时,x分量的放大系数比地震波逆着陡坎方向(右)入射时的小,z分量与之相反。     

对油气管道斜坡段管土作用改进模型的探讨研究

目前分析管-土作用采用的模型是通过土弹簧的方式将载荷传递到管道上,土弹簧参数选取的基础是实验室研究,试验场地为平整场地,因此实验室成果对于管土界面模拟和滑波工况拟合可能都不是有效的,而且斜(滑)坡中管道承受的荷载、土弹簧系数应当是随着空间和时间而变化,现行通用法则都忽略了这些因素。本文对地表倾斜时的土弹簧抗力公式进行了推导,建立了斜(滑)坡段改进土弹簧模型,得出了不同地面倾斜角度下各向土弹簧抗力变化规律,对于斜(滑)坡段管-土相互作用计算具有一定的指导意义。     

考虑抗剪强度参数劣化的水库岸坡稳定性分析

在水库正常运行过程中,库岸边坡岩土体物理力学特性不可避免的存在劣化的趋势,对应岸坡的整体稳定性也将逐渐降低。基于此,选取三峡库区典型岸坡,考虑水库运行过程中岸坡岩土体的劣化效应,对水库岸坡在降雨、库水位升降工况下的稳定性进行了计算分析。结果表明:(1)单纯考虑岸坡岩土体抗剪强度参数劣化时,当劣化比例达到30%左右时,岸坡达到临界破坏状态;(2)如果在抗剪强度参数劣化过程中考虑降雨作用,当劣化比例达到15%左右,在100 mm/d的极端暴雨情况下岸坡将达到临界破坏状态;(3)如果在抗剪强度参数劣化过程中考虑库水位上升或者下降作用,当劣化比例为15%~20%时,大于1 m/d的库水位升、降速率很可能导致岸坡达到临界破坏状态。因此,在岸坡地质灾害防治中,一方面,要考虑岸坡岩土体抗剪强度参数的实际劣化效应;另一方面,在水库运行过程中要合理的调整库水位运行调度方案。相关研究成果可为岸坡长期稳定分析评价提供较好参考。     

考虑上游洪水因素下土石坝溃决流量研究

当土石坝坝体上游遭遇超标准洪水时,坝体往往会发生漫顶溃决灾害。为了预测溃口溃决流量,采用逐渐溃决方式和水量平衡原理的方法,对宁夏市旗眼山水库进行模拟。计算结果表明:当溃口扩展到第84 min时,溃口流量达到最大值,为3 284. 75 m3/s,对应的坝前水位1 189. 76 m,总的下泄流量亦达到最大值,为3 404. 75 m3/s;计算得出的土石坝溃口处流量值处于二分之一溃坝和全溃理论计算值之间,较符合土石坝的溃决情况,可以为水库下游防洪预警方案的制定提供参考。适当的增加溢洪道和泄洪洞的泄流能力,可以有效地消减溃坝洪水的峰值流量,并且减少洪峰流量对下游城市的淹没风险。     

斜坡上单桩的统一极限抗力分布模式研究∗

假定土体为理想弹塑性体,基于统一极限抗力分布模式,利用最小势能原理,计算不同坡角时的桩前土体极限抗力,得到斜坡上单桩水平承载力的弹塑性解,并编制了相应的MATLAB计算程序。通过室内模型试验,验证了基于统一极限抗力分布模式计算得到的斜坡上单桩的水平承载力和桩身弯矩是合理的。结果表明:单桩的水平承载力随斜坡坡角的增加而降低,坡角为45°时桩顶的水平位移是坡角为15°时的1.45倍,斜坡坡角的大小对单桩的水平承载特性有较大的影响。     

岩溶地基土洞塌陷评价及处理

地下水(地表水)产生的渗透潜蚀作用、崩解作用等是土洞形成和发展的重要原因。对工程实例中的土洞,采用极限平衡法和压力拱分析法进行了稳定性判别。在土洞中充填砼,然后采用压力灌浆,灌浆所采用的水灰比为1∶1~1∶1.5,灌浆压力一般为0.15~0.30 MPa,地基处理效果好。     

陈家大院滑坡稳定性评价及其涌浪预测

陈家大院滑坡位于重庆市鲤鱼塘水库库首区,距离大坝仅约1km,其稳定性及其可能失稳产生的涌浪对枢纽工程的危害可能较大。利用岩土工程专业计算软件FLAC-3D对陈家大院滑坡在各种不同运行工况条件下的应力场、塑性区及稳定安全系数进行了计算和评价;对美国土木工程协会推荐的涌浪计算方法进行了改进,采用推荐法及其改进方法分别对陈家大院滑坡可能产生的涌浪进行了计算和预测。计算结果表明:1)滑坡稳定最不利工况为水库450m正常蓄水位,其稳定安全系数为1.10,滑坡处于基本稳定状态;2)大坝处滑坡可能失稳产生的涌浪最大高度为4.32m,对大坝不会构成威胁。该结论为大坝的施工和安全运行提供了理论依据。     

降雨诱发型残坡积土滑坡形成机理分析

以马家村滑坡为例,用有限元方法分析了降雨入渗条件下残坡积土斜坡的暂态非饱和渗流场,用极限平衡方法分析了残坡积土斜坡的渗流稳定性。分析了斜坡结构、临空面、降雨对斜坡变形与稳定性的影响,分析了降雨诱发残坡积土滑坡的过程。降雨诱发残坡积土滑坡的机理为:降雨入渗使残坡积土斜坡中形成软弱带;坡脚开挖使斜坡坡面出现拉张裂隙;降雨使坡面裂隙中充满水,导致斜坡土体饱和,抗剪强度降低,同时产生动水压力,不利于斜坡的稳定;当斜坡的下滑力大于抗滑力时发生滑动。     

极端冰雪条件下的顺层岩质边坡滑移稳定性分析

推导了典型岩石边坡在极端冰雪条件下的滑移稳定系数的表达式;通过计算分析,揭示了岩石边坡滑移稳定系数随裂隙内水深、坡高、坡角、滑面倾角等因素变化的规律及与冻深的关系,并绘制岩石边坡滑移稳定系数与边坡几何要素之间的关系图.研究表明,当考虑极端冰雪灾害影响时,岩石边坡滑移稳定系数发生较为明显的变化:随裂隙饱水程度、坡面角、主...