横向通过滑坡输油气管道应变响应分析

输油气管道通过山区时不可避免地会受到滑坡灾害的威胁。为了分析管道在滑坡作用下的应变响应特点,利用ANSYS有限元分析软件建立了管道横向通过滑坡的模型,并考虑了管道与土体的相互作用。在此基础上,通过算例分析了管道轴向应变的分布特点,并分析了滑坡宽度、管道壁厚以及管道埋深对管道轴向应变的影响规律。结果表明:(1)横向滑坡作用下,管道轴向应变有沿滑坡作用中心位置呈对称分布的特点;(2)在滑坡作用中心位置、滑动区与非滑动区交界处附近的管道将会产生最大的轴向应变,是管道最为危险的截面;(3)适当增加管道壁厚和减小管道埋深可以达到降低管道应变的目的。     

静载作用下埋地管道数值模拟及其力学性能分析

针对静载作用下埋地管道变形与力学性能,通过有限元数值模拟与模型试验对比分析,验证了有限元数值方法可靠性,进而综合分析了管周砂土相对密实度Dr、加载板宽度B、加载板中心距管道中心水平距离L、管道埋深H和管壁厚度t等因素对管道性能的影响。结果表明:增加Dr,管道正上方加载板极限承载力显著增加,相同荷载下管道应变和径向变形相应减小,管道应变以环向压应变为主;同等条件下随着B的增加,加载板极限承载力呈近似线性增加,管道径向变形和应变增长速率明显增加;随着管道埋深H增加,管道正上方加载板极限承载力先增加后减少,并最终趋于稳定,当埋深为3 D时管顶处竖向应力约为无管道时的50%,管顶土拱效应明显;当增加L时加载对管道径向变形和应变的影响持续减弱,二者沿管周的分布规律明显变化;增加管壁厚度可有效抑制管道环向应变,但对管道径向变形和加载板极限承载力无明显影响。     

滑坡灾害下航油管道抗滑桩的阻滑性能分析∗

针对于土体等大位移问题所带来的模拟求解难题,分析滑坡灾害对横坡敷设的航油管道运行所带来的影响。利用SPH‐FEM耦合算法,采用不同的接触形式,建立管‐土及桩‐土相互作用全尺寸耦合模型,进行非线性分析,获取管‐土力学响应规律,并对抗滑桩阻滑性能加以分析,保证滑坡区管道本体的安全。结果表明,在文中工况下,当滑坡趋于稳定时,在滑土推力作用下,管道所产生的位移、应力最大值均出现在滑体区域内;但由于桩‐土间“土拱效应”,致其桩后滑土更易趋于稳定,同时管道也并未发生沿管轴扭转的现象;随抗滑桩数量的增多,其阻滑性能增强,但对于文中工况,设置2个抗滑桩且混凝土强度为C30的抗滑方案即可保证管道的安全运行。所得结论可为保证航油管道的安全运行提供理论支撑,并为滑坡下管道力学行为和抗滑桩阻滑性能研究提供一种可行的模拟方法。     

刷方减重下隧道-滑坡平行体系变形演化试验研究

刷方减重工艺在大型复杂滑坡治理中发挥越来越重要的角色。通过室外模型试验,以加载诱发滑坡滑动变形,造成对隧道的破坏影响,以减载的方式模拟刷方减载工艺对隧道的受力变形影响进行研究。结果表明：（1）隧道-滑坡平行体系单滑面情况下滑坡推力在滑体内产生应力效应有一个时间传递变化的过程,即时间效应;（2）滑坡推力对隧道作用沿纵向变形差异大,初步的试验反映出拉压过渡段的位置与滑坡推力的大小相关,滑带位置附近的土体最先达到应力幅值,引起隧道的拉压变形过渡,距离滑带较远位置滑体逐渐达应力幅值过渡;（3）隧道横断面环向应力都是拱顶应力较拱底应力大;（4）隧道环向断面应力呈对称分布,隧道底部受压侧,顶部为受拉侧,底部应变量级小于拱顶,且隧道的变形是不可恢复的;（5）刷方减荷在不同工况下对抑制滑坡变形有不同程度的效用,使隧道应变减小,尤其是滑带附近效果更加显著,这都印证了刷方减重对隧道-滑坡治理的突出效果。     

考虑侧壁阻力的顺层边坡失稳机制及稳定性评价∗

侧壁阻力作用下,顺层边坡主滑方向将偏离岩层倾向,其变形及失稳机制具有典型特征。以四川盆地马边河流域某顺层边坡为例,基于其工程地质条件,总结顺层边坡不同变形区域的特征,结合失稳边界条件研究了考虑侧壁阻力的顺层边坡失稳演化机制;最后,对比主滑方向偏离岩层倾向与否的受力差异,分析考虑侧壁阻力的顺层边坡三维稳定性,并研究了各影响因素的作用效应。结果表明：（1）考虑侧壁阻力的顺层边坡变形可划为失稳滑走区、滑坡区和稳定区,滑坡区包含滑动区和蠕滑变形区,滑动区岩体滑动后解体风化为碎、块石土,蠕滑变形区受侧壁阻力影响岩体仅变形拉裂;（2）顺层边坡经岩体劣化和前缘临空后,总体呈下部滑动、中部蠕滑拉裂的顺层临空-后退式破坏;滑动区边界受前缘及侧壁临空控制,长度与侧壁冲沟下切段长度相近;蠕滑变形区部分侧壁由节理面转化为挤压带,侧壁阻力增大,稳定性高于临界失稳状态;受侧壁阻力及滑体厚度控制,蠕滑变形区与稳定区界限处因滑体厚度削薄而拉裂;（3）建立了考虑侧壁阻力的顺层边坡稳定性系数计算式,以及岩层倾角δ、滑面倾角α、主滑方向偏离岩层倾向夹角β 三角度间的换算关系式,侧壁摩擦系数和β 越大,侧壁阻力越利于顺层边坡稳定。     

基于DDA方法的藕塘滑坡失稳模式分析

藕塘滑坡位于三峡库区奉节县长江南岸安坪镇集镇,为巨型顺层基岩滑坡,滑体总体积约6.4×107 m3。2003年,滑坡前部180~220m高程平台被选为安坪镇集镇新址,并针对浅层滑体实施了治理工程。自2008年10月底三峡库区首次蓄水以来滑坡逐渐出现变形迹象,2013年奉节县再次启动了安坪镇集镇的整体搬迁工作。在对滑坡的形态特征、物质组成和监测结果进行调查和分析的基础上,采用非连续变形分析(DDA)方法对175m水位时滑坡天然和降雨两种状况下的变形情况进行了数值模拟,以代表性位置块体的速度为依据对滑坡的失稳模式进行分析,结果表明:目前两种状况下藕塘滑坡整体基本稳定。考虑藕塘滑坡前缘的力学参数进一步降低的情况,滑坡前缘的岩层反翘可保证滑坡整体沿基岩失稳的可能性不大,但滑坡存在沿新的内部潜在滑动面失稳的可能。     

断层两侧差异性土壤冻融对埋地管道力学性能影响研究

季节性冻土区埋地管道遇到的最常见问题是冻融循环引起的管道冻胀与融沉,不仅给管道带来附加应力与变形,而且在特定的条件下容易造成破坏,引起严重灾害。通过ABAQUS软件对跨断层埋地管道与土壤系统进行热力耦合数值模拟,建立冻融循环情况下管-土相互作用模型,分析断层两侧土壤性质相同与差异情况下管道应力分布规律。当断层两侧土质相同时,管道总应力与轴向应力在最高或最低温度下都接近于相同,但是当断层两侧土壤性质不同时,管道最大应力与最大轴向应力明显大于断层两侧土壤性质相同时的应力,且均出现在距离断层一定位置处。管道内部承压会导致相应的最大总应力和轴向应力增加,同时低温和高温时的最大应力差值变化规律改变。断层处埋地管道土壤回填时宜采用相同或者渐变的土质,否则应采取特殊的抗冻胀措施,对断层错动与断层两侧土壤性质差异同时出现时的管土作用机理与灾害预估需进一步研究。     

泥儿湾滑坡失稳机制及破坏后运动规律研究北大核心CSCD

以三峡库区泥儿湾滑坡为例,通过建立渗流稳定性分析模型,研究了库水位上升对其稳定性的影响;同时,采用3DEC离散元软件,建立了二维离散元运动模型,深入分析了其破坏后的运动模式及变形规律。研究结果表明:(1)从失稳机制来看,水库蓄水所产生的浮脱减重效应是诱发滑坡失稳的重要因素;(2)从模拟破坏后的运动规律来看,水平位移在空间上从滑坡后缘至前缘、表层至深层逐渐增大,随滑体纵向深度的增长模式符合Logistic增长模型,在时间上的增长规律符合双曲线式增长;垂向位移在空间上从滑坡后缘至前缘依次减小,在时间上增长规律亦符合双曲线式增长,随滑体纵向深度的变化不明显;(3)该滑坡变形破坏模式可分为平动模式和转动模式。     

基于受力状态的雾江滑坡体类型判定

从受力状态判定滑坡体的类型是滑坡体合理治理的前提。针对涔天河扩建工程雾江滑坡体的滑坡类型问题,首先对滑坡体地质特征和边坡原型变形监测进行了分析;然后以力学参数地质建议值及室内试验参数为基础,对4个典型剖面分别进行岩土参数的综合反演,再用摩根斯坦-普赖斯法建立计算模型进行稳定性分析。分析表明:雾江滑坡体以缓慢蠕滑变形为主,滑坡前缘浅层拉裂坍滑可能性较大,而滑坡整体快速滑动的可能性较小;水库蓄水前和蓄水后,坡脚处于薄弱区,最易率先发生滑动并牵引其他滑体相继发生滑动,从而判定雾江滑坡体属于牵引式滑坡。     

泥儿湾滑坡失稳机制及破坏后运动规律研究

以三峡库区泥儿湾滑坡为例,通过建立渗流稳定性分析模型,研究了库水位上升对其稳定性的影响;同时,采用3DEC离散元软件,建立了二维离散元运动模型,深入分析了其破坏后的运动模式及变形规律。研究结果表明:(1)从失稳机制来看,水库蓄水所产生的浮脱减重效应是诱发滑坡失稳的重要因素;(2)从模拟破坏后的运动规律来看,水平位移在空间上从滑坡后缘至前缘、表层至深层逐渐增大,随滑体纵向深度的增长模式符合Logistic增长模型,在时间上的增长规律符合双曲线式增长;垂向位移在空间上从滑坡后缘至前缘依次减小,在时间上增长规律亦符合双曲线式增长,随滑体纵向深度的变化不明显;(3)该滑坡变形破坏模式可分为平动模式和转动模式。     

库水位初次升降对卧沙溪滑坡粉质黏土蠕变特性的影响及其变形规律研究

以卧沙溪滑坡为研究对象,通过对该滑坡滑带土的原状土样及干湿循环处理试件进行三轴蠕变试验,分析其蠕变特性,分别建立了Merchant模型、Burgers模型和西原模型并对比分析三种蠕变模型的拟合精度;此外,基于FLAC 3D内置代码简化Burgers模型对卧沙溪滑坡变形及长期稳定性作出预测。结果表明：干湿循环会造成土体承载能力降低,蠕变变形增大,达到稳定的时间变长,且土体衰减蠕变初始阶段的应变速率增大;偏应力水平对蠕变特性的影响体现在低应力下土体经历瞬时变形,衰减蠕变和稳定蠕变阶段,中应力下和高应力下经历瞬时变形,衰减蠕变和等速蠕变阶段;Burgers模型较适用于卧沙溪粉质黏土,且自重影响下的滑坡滑体的蠕变变形主要集中在中上部凸起区域,应加强对该区域的防护。     

市政埋地供水管道抗寒潮可靠度分析

为研究市政埋地供水管道抗寒潮可靠度,建立管道在气温变化影响下的结构功能函数,运用改进一次二阶矩方法计算可靠度随气温变化的情况,并以常州市某钢质供水管道为例,对影响管道可靠度的参数进行敏感性分析,最后用蒙特卡洛法进行验证。研究表明,寒潮期气温不同,供水管道的可靠度也不同,开展市政埋地供水管道设计时,考虑寒潮的影响是十分必要的;当寒潮期气温达到零下情况下,抗寒潮可靠度分析应该考虑管道的冰冻应力。管道正常工作压力下影响管道可靠度因素的顺序为屈服强度、管径、工作压力、壁厚等。     

隧道-滑坡平行体系时间效应演化及变形破坏试验研究∗

通过4组隧道-滑坡平行体系模型试验,研究在不同工况下隧道-滑坡相互作用下的时间效应和变形破坏模式。结果表明:(1)隧道-滑坡平行体系单滑面情况滑坡推力在滑体内产生一种应力临界状态,该应力临界状态是处于拉、压应力变化过渡的一种状态,有一个时间传递变化的过程,即时间效应。(2)桥隧搭接桩基础支撑结构较无支撑结构会加速应力临界过渡状态的时间效应。(3)滑坡体内的滑坡推力,最先引起滑带位置附近的土体达到应力临界过渡状态,随着时间的推移,这种临界状态逐步由滑坡体后缘向前缘移动,滑坡破坏面上的每一点的时间与应变关系均会呈现不同的"S"型曲线特征,对于整个滑体而言,滑面上每一点的时间与应变关系曲线,在不同时刻呈现不同的线型特征。(4)桥隧搭接桩基础支撑结构较无支撑结构会延缓隧道模型的破坏,使得破坏断裂面向基岩内部延伸,且作用效果显著,但隧道模型整体的破坏处于基岩内。     

含软弱夹层场地中埋地管道的地震反应特性研究∗

为了研究含软弱夹层场地中埋地管道的地震反应特性，基于管土接触模型，运用ADINA软件，采用非线性分析，研究埋深、厚度和倾角等因素对含软弱夹层场地中埋地管道地震反应的影响规律。结果表明：软弱夹层各因素对埋地管道地震动力响应产生影响不同，一定厚度和埋深条件下，软弱夹层具有隔震作用，当软弱夹层的存在增大其场地不均匀程度，则会对埋地管道地震动响应具有非常不利的影响；管道有效应力和位移随着软弱夹层厚度的增大而减小，当厚度达到一定值时，软弱夹层起到一定的缓冲作用；管道有效应力和位移随着软弱夹层埋深的增大而减小，但影响程度小于夹层厚度所产生的；软弱夹层因倾角变大增大了场地不均匀程度，导致管道有效应力和位移变大。     

不同自由段长度的滑坡前缘抗滑桩受力变形特性的现场模型试验研究

抗滑桩设计是滑坡(边坡)防治工程中的关键环节,其中抗滑桩的嵌固深度和自由段长度对抗滑支档效果起到重要作用。为探讨不同自由段长度的抗滑桩在顺层岩质滑坡下滑推力作用下的受力和变形特性,本文选取广元旺苍县一处岩质斜坡进行现场模型试验,通过1台液压油泵控制1排4个千斤顶向滑体施加顺坡向的推力,真实模拟顺层岩质滑坡滑动情况,利用抗滑桩内外布设的多种传感器实测了抗滑桩应力和变形。试验结果表明:在同种桩型、同种嵌固深度、不同自由段长度下,抗滑桩桩身最大弯矩和表面最大应力最大相差9.2 k N·m和0.19 MPa,表现出不同的抗滑能力。     

温度影响下供水管道力学行为数值模拟研究∗

夏冬季节供水管道漏损和爆管事故频发,表明温度是影响供水管道结构运行安全的重要因素。然而,已有研究大多忽视温度变化对供水管道力学行为的影响。因此,本文采用有限元数值模拟方法,建立了考虑管?土相互作用的热力耦合三维数值模型,研究了地表温度变化对供水管道周围土壤温度场的影响,分析了供水管道因土壤与水温差异造成的力学行为变化,研究了不同温度影响下埋深、管径和壁厚三个因素对供水管道力学行为的影响。 最后,采用均匀试验设计方法,通过大量的有限元数值模拟,建立了供水管道最大应力、最大竖向位移和地表温度变化之间的经验预测方程。研究结果表明：土壤的温度变化幅度小于地表的温度变化幅度,即存在“冬暖夏凉”的效果。因土壤与水体的温度差异,供水管道容易出现“热胀冷缩”的现象,使得供水管道发生漏损或爆管。本文建立的经验预测方程和有限元模拟结果拟合较好,可直接用于评估供水管道不同季节的结构运行风险和沉降风险。     

动荷载作用下地下岩体洞室应力特征的影响因素分析

用FLAC3D初步分析了动荷载作用下埋深、洞室形状、地应力特征对地下岩体洞室应力特征的影响。分析结果表明:动荷载下,随着埋深的增加,各种洞型应力量值有明显的减小趋势;地应力状态对地形洞室的应力响应有较明显的影响,在自重地应力为主的情况下,洞室拱顶、拱底地最小主应力处于拉应力状态,而构造地应力为主的情况下,洞室拱顶、拱底最小主应力处于压应力状态,且随着侧压系数的增加,洞室的应力由较明显的减小趋势;动荷载作用下,不同断面形状的洞型应力响应有一定区别,圆形洞室应力响应最小,矩形洞室应力响应最大,随埋深、地应力的增加,洞形对洞室应力响应影响减小,当埋深超过300 m后,洞型对应力的影响变化程度不大。     

滑坡勘查中的高密度电阻率法异常特征

以某滑坡区为例,使用高密度电阻率法对滑坡区的异常特征进行了研究,并对获取的视电阻率断面进行了地形校正.结果表明,对于沉积岩地区滑坡,滑坡体与滑床间存在明显的电性差异,根据经过地形改正的滑坡区视电阻率异常特征和断面,更清晰和直观显示了滑坡体的纵横向展布、主滑动面的位置与埋深,进而可圈定滑坡体的规模,从而为滑坡治理提供可靠的地球物理依据.     

微型桩-锚组合抗滑新结构支挡效果的数值分析

针对微型桩加固滑坡时抗弯强度不足的缺陷,在类叉形微型桩组合结构的基础上引入预应力锚索,提出了一种微型桩-锚组合抗滑新结构。为验证其加固效果,基于斜坡应力状态变化理论,利用有限差分软件FLAC3D,分析了某边坡处于临滑状态时有无微型桩-锚结构加固的变形位移及应力分布特征。结果表明:1滑动状态下,坡体下部位移、应力水平大于上部,判断为牵引式滑坡;2新结构在布设位置产生较大局部应力集中,形成了一个结构-土空间骨架结构,在复合体系作用下滑坡体位移及中下部应力集中得到有效控制,尤其是在坡脚附近,主应力差、剪应变增量明显减小;3预应力锚索可以有效改善结构的整体受荷能力并减小桩身弯矩峰值;4该新结构轻型、环保、抗弯承载力高,可较好地满足边坡病害快速治理工程的需要。     

三峡库区巴东县谭家坪滑坡防治工程研究

为了对整个滑坡进行系统综合治理,在综合分析滑坡工程地质条件的基础上,对谭家坪滑坡稳定性进行了计算与评价。结果表明,滑坡的稳定性系数较低,安全储备不高,在175 m库水位降至145 m库水位以及175 m库水位与饱和地下水(暴雨)叠加烈度6度地震的状态下,谭家坪滑坡处于临界滑移破坏阶段。因此,应从根本上消除其变形破坏带来的灾害。对谭家坪滑坡而言,治理工程应重点针对滑坡的中部与前缘部位,并考虑库岸再造的影响,既要治理滑坡的整体蠕滑,又要治理浅表层崩滑。依据这个原则,比选了多种防治方法,最后确定采用大截面抗滑桩为主、辅以挡土墙和坡内排水系统的防治方案。施工结果表明,该治理方案经济合理.抗滑效果好。