危岩体断裂特性的网格重构数值仿真研究

危岩体稳定是三峡库区的主要关注点之一。为探究不同裂纹赋存形态以及不同降雨工况下危岩体断裂的变形特性,基于围道积分原理,在Abaqus平台上利用Python语言开发了基于断裂力学理论的危岩体任意裂纹扩展的网格重构数值模拟方法,该方法与以往危岩体裂纹扩展数值模拟方法相比,能够体现危岩体裂纹尖端的断裂力学特征,实现连续介质中的非连续表达。利用此方法对重庆市万州太白编号为W15的危岩体稳定性进行了数值仿真研究,结果表明:提出的基于断裂力学理论的网格重构新型数值模拟方法在危岩体裂纹扩展研究中的适应性良好,为危岩体断裂变形特性模拟提供了一种新的数值模拟方法;危岩体的最大主应力值和剪应力值随着裂隙角度的增大呈现先增后减的趋势,危岩体的水平位移值随着裂隙倾角的增大持续减小;随着裂隙角度的增大,裂隙对危岩体变形的影响逐渐减小,危岩体的水平位移主要集中于危岩体的突出部位;危岩体裂隙长度的增大对危岩体应力及变形的影响最大,使得危岩体的变形由危岩体的突出部位向裂隙处集中;暴雨工况下危岩体的变形及位移较之天然工况要大,是影响危岩体稳定的重要因素之一;危岩体裂纹朝着危岩体的突出部位进行扩展,主要受到Ⅰ型扩展主导,随着裂纹的不断扩展,危岩体裂纹尖端的Ⅰ型应力强度因子呈现指数型上升,Ⅱ型应力强度因子变化不大,危岩体初始裂纹长度越长,危岩体裂纹尖端的Ⅰ型应力强度因子和Ⅱ型应力强度因子的绝对值越大。     

基于数值流形法的反倾层状岩质边坡倾倒破坏模拟

倾倒变形破坏是岩质边坡的一种典型破坏失稳形式,为研究重力作用下反倾层状岩质边坡在不同岩层倾角下的破坏特征,使用石根华博士提出的二维数值流形法(NMM),以青藏高原金沙江流域的西藏昌都地区芒康县索多西乡贡扎倾倒滑坡为研究案例,依据实地考察数据建立数值计算模型,模拟反倾岩质边坡的倾倒破坏过程。研究表明:岩层倾角小于45°时,反倾斜坡的变形破坏是从边坡中部倾倒区域开始的,倾倒区的破坏使得上部的稳定区岩石逐级发生破坏成为倾倒区的主体,从而提供了巨大的下滑力推动下部岩体发生滑移,使得整个斜坡发生倾倒破坏;当岩层倾角大于45°时,边坡的变形是由边坡下部逐渐向上部坡顶发展,且边坡上部也会出现明显的弯曲变形,呈“点头哈腰”式变形破坏。     

含断续贯通裂隙危岩体稳定性计算方法

含断续贯通裂隙危岩体是西南山区尤其是三峡库区重庆地段常见的地质灾害之一,该危岩体稳定性计算应综合考虑贯通段和未贯通段的力学参数、变形协调及应力分配问题。基于主控结构面特征建立了含断续贯通裂隙危岩体物理模型,提出了主控结构面含断续贯通裂隙的Mohr-Coulomb强度准则,并给出了参数计算表达式;建立了含断续贯通裂隙危岩体力学模型,给出了危岩体荷载计算表达式,提出了基于稳定系数的含断续贯通裂隙危岩体稳定性计算方法;将该方法运用于重庆市万州区首立山危岩体灾害稳定性计算,算例表明万州首立山8个危岩体均处于稳定状态,与根据重庆市地方标准《地质灾害防治工程设计规范》(DB50/5029—2004(简称规范))计算得到的危岩体稳定性结果相吻合;利用提出的危岩体稳定性计算方法得到的稳定系数值与"规范"值相近,具有一定的工程适用性,但其稳定系数值普遍高于"规范"值,表明"规范"过于保守。     

基于PFC对含断续节理岩质边坡静力荷载下破坏形式的研究

在含断续节理岩质边坡的破坏中,阶梯状破坏尤其显著,是一种常见的失稳破坏形式。借助二维颗粒流软件(PFC2D5.0)进行简单地质结构模型下的边坡数值模拟,通过采用PFC软件中的人工合成岩体技术,研究了7种不同组合形式下含断续节理岩质边坡的破坏形式及其内部微观接触力场的演变规律。首先对PFC软件中采用的微观力学性质参数进行了验证模拟,通过对完整岩块进行双轴压缩试验和巴西劈裂试验的模拟,得出其应力-应变曲线和强度包络线,从而计算出完整岩块的内聚力、内摩擦角等宏观力学参数;然后通过对含裂隙的颗粒集合体进行直剪试验的模拟,得出其剪应力-剪切位移曲线以及峰值强度和残余强度与正应力的关系曲线,从而计算出裂隙的内聚力和内摩擦角;最后对含上述微观力学性质参数的边坡进行静力荷载下破坏形式的模拟,得出裂隙萌生前应力集中、裂隙萌生后应力释放,以及可将潜在滑动面上方的坡体位移分成4个区,即坡脚处最大位移区、坡肩处较大位移区、坡体内部较小位移区、坡体后缘最小位移区,并验证了萌生的裂隙一般会近垂直于岩桥向坡体表面扩展,切割潜在滑动面以上坡体。     

基于渗透特性的MSW颗粒组成和结构分析

在南方某填埋场埋深5~30m范围内取6组重约5kg的试样,对其进行筛分与分拣,研究垃圾颗粒组成随埋深的变化规律,同时对不同荷载作用下的垃圾试样进行染色切片,对比分析上覆压力对垃圾内部结构的影响.结果表明：对于不同埋深的城市固体废弃物,细颗粒（0D,即粒径<2cm）所占比例最大,几乎均超过50%,粗粒中2D颗粒所占比例最高,而塑料在2D颗粒中占比最大;随着荷载的增大,细粒含量增加,大孔隙和优先流通道减小.上覆压力主要通过减少垃圾内部孔隙通道,进而减小渗透系数;2D颗粒在荷载的作用下能定向排列,使渗流路径发生曲折,进而导致渗流各向异性.2D颗粒的定向排列是垃圾渗流各向异性产生的关键因素,其中塑料又是其最重要的因素.     

高陡岩质边坡覆绿植物成活的生态因子分析——以安庆市大龙山集贤关为例

在岩质边坡覆绿研究中,多以覆绿方法的研究为主,对影响边坡覆绿植物成活的生态因子分析较少。以安庆市集贤关废弃采石场高陡岩质边坡覆绿工程为例,结合生态地质学理论探索了高陡岩质边坡条件下影响覆绿植物成活的生态因子,并对研究区内高陡岩质边坡覆绿植物成活的生态因子进行了野外调查。结果表明:高陡岩质边坡条件下影响覆绿植物成活的生态因子主要为覆绿边坡岩体裂隙因子、岩体内的温度因子和岩体内的绝对湿度因子;覆绿边坡岩体裂隙连通性良好,岩体裂隙率为1.77%～4.58%,岩体内体积含水率大于1%,岩体内温度在5℃～28℃之间,能够满足覆绿植物成活的要求。该研究结果可为高陡岩质边坡覆绿工作的开展提供一定的理论依据。     

经验强度准则确定有压隧硐上覆岩层最小厚度的方法

水工建筑中,据岩体的强度特性和内水压力的大小,精确确定有压隧硐上覆岩层最小厚度是非常重要的。文章在对经典方法进行评述的基础上,引入反映岩体非线性破坏特征的经验强度准则,视有压隧硐为内水压力和岩体初始应力联合作用的弹性体,据经验准则对岩体破坏的表述,理论推导了坚硬无裂缝岩体中有压隧硐上覆岩层最小厚度计算公式。最后,以简单算例说明文中方法。     

基于FLAC3D的某桥头边坡稳定性数值模拟分析

某桥头边坡属顺层岩质坡,在桥墩加载及下游水库蓄水的影响下,边坡初始应力状态将发生改变,极有可能导致边坡失稳。通过对库岸边坡破坏模式的分析,建立了该边坡地质概化模型,确定了岩体及控制性结构面的物理力学参数,并基于FLAC 3D软件对该边坡在不同工况条件下的稳定性状态进行了数值模拟分析。结果表明:目前条件下边坡整体趋于稳定,但桥墩加载会导致边坡稳定性一定程度的降低,水库蓄水会导致边坡稳定性显著降低。最后为进一步探讨边坡加固方案提出了具体的防治措施与建议。     

彝良县大石盘组崩塌机理及防治对策

崩塌落石作为边坡尤其是高陡边坡的一种浅表部破坏方式,是严重的地质灾害之一,具有发生时间不确定、崩落速度极快、主要沿垂直方向坠落的特点,一旦发生崩塌灾害将会造成重大的生命及财产损失。在对彝良县大石盘组崩塌体开展应急调查和测量的基础上,对崩塌体的地质背景和崩塌灾害的基本特征进行了描述,并采用赤平投影法分析了崩塌体节理裂隙的组合特征;从大气降雨、地震作用、人类工程活动三个方面对崩塌形成条件进行了分析,并指出崩塌的破坏模式为拉裂-滑移式,崩塌的破坏过程分为4个阶段,即初始震裂变形阶段、累积变形阶段、启动破坏阶段、稳定与堆积阶段;最后提出了崩塌灾害的工程治理措施及防治对策,即危石清理、危岩体锚杆锚固和主动柔性防护网加固、修建截排水沟、纳入群测群防体系、加强房屋建设规划与管理。该研究可为彝良县崩塌地质灾害的防治工作提供依据。     

忠-武输气管道巴东野三关石马岭危岩特征及防治方案论证

近年来忠-武输气管道山区段发生了多起危岩坠落冲击管道的事件,已经严重威胁到输气管道正常运行.笔者根据恩施石马岭危岩的发育特征,对石马岭危岩体治理方案进行论证,比较了危岩清方 锚固方案和管道护盖方案,根据本段管道工程所处地形地质条件,认为危岩清方 锚固为优选方案.     

岩石力学、地震和地震预报

岩石受力超过强度极限就要发生断裂。图1是岩石在三轴荷载条件下典型的应力-应变关系。岩体受某种地质营力作用之后沿OAB曲线积累应变能量。OA是弹性形变范围,应变随应力呈线性增加,当外力解除之后,岩体变形即恢复到原来的形态。     

深部隧道单节理岩体开挖卸荷破裂及锚杆加固研究

深部隧道开挖卸荷引起的岩体破裂是地下工程典型灾害之一。针对深部隧道单节理岩体在开挖卸荷条件下的破裂问题,基于开挖卸荷引起的最小主应力线性降低规律,采用Griffith强度理论准则对开挖卸荷条件下的含单节理岩体破裂进行了分析,并对破裂岩体进行了锚杆加固设计研究。结果表明:当结构面倾角大于支护应力状态下的破裂角时,深部岩体初始应力状态下未产生破裂,随着最小主应力的降低,深部岩体先产生材料破坏后沿结构面破坏;当支护应力状态下的破裂角大于结构面倾角时,深部岩体受支护应力作用仅产生材料破裂;当结构面倾角小于最小主应力为0时对应的破裂角,深部岩体无论是否支护岩体仅产生材料破裂;对于深部岩体,产生破裂的必要条件是最大主应力大于8倍的岩体抗拉强度,且破裂角变化于30°~45°之间;岩体支护应力的选择应在岩体初始破裂应力与结构面破裂应力之间,并且要保证岩体应力的释放率以及围岩的稳定性。石塘隧道岩体破裂分析及锚杆加固研究表明:岩体首先产生材料破坏,其破坏的临界应力值为10.25 MPa,对应的破裂角为39.9°,结构面破裂的临界应力值为4.15 MPa;石塘隧道岩体在无支护条件下,沿结构面产生突发性破坏,岩体支护应在开挖完成40.59h内完成,岩体支护应力为7.175 MPa,支护破裂角为37.5°,单根锚杆锚拉设计值为88.7kN,锚固长度为5m,倾角为15°,间距为0.8m,此锚杆设计参数下可保证岩体应力充分释放以及确保围岩的稳定性。     

基于PLAXIS软件对燃气管道回填施工方案的安全性评估

为研究燃气管道回填施工过程中管道的受力情况,利用岩土有限元分析软件PLAXIS 3D,构建了地基-管道-回填材料-施工荷载的动力响应数值模型,设计了多种工况情景以及对应的施工机械动力荷载的数学表达形式,并对燃气管道回填施工各结构层压实过程中多种不利工况下管道的动力响应进行了数值模拟计算与分析,提出了管道安全性的评价准则并对管道的安全性进行了评估。结果表明:按照该回填施工方案,施工过程中管道的应力范围在35 MPa以内,管道压应变竖向位移小于5mm,管道处于安全范围。通过分析不同地基土体参数以及管道参数下管道的动力响应,得到了各影响因素对管道应力和位移的影响规律,可为深入了解管道在不同荷载作用下的动力响应及回填施工方案设计提供依据。     

低渗透性裂隙介质中地下水定深分层取样的技术方法研究

获取特定深度的地下水样品进行测试是研究裂隙岩体水文地质特征的重要方法之一。花岗岩体渗透性较低且裂隙发育,具有强烈的非均质性和各向异性,岩体内不同深度地下水出水量差异较大,在这种低渗透性裂隙岩体中定深获取原位地下水样较为困难。提出一种适用于低渗透性裂隙介质的地下水定深分层取样技术方法,该方法设计了一套连续性双栓塞地下水定深分层取样设备,并对取样方法、取样步骤以及注意事项进行了详细阐述,在内蒙古某项目中运用该取样技术方法成功获取了花岗岩体中深层原位地下水样,为低渗透性裂隙岩体水文地质研究提供了基础资料。     

宜万铁路DK203+060～+110段溶腔稳定性数值模拟分析

结合宜万线DK203+060~+110段的溶腔特征,考虑自重荷载作用和列车荷载作用,采用数值模拟方法对不同顶板厚度和直径情况下溶腔周围拉应力分布规律进行了模拟分析,研究结果对宜万铁路及类似铁路的溶腔稳定性分析和溶腔处理具有一定的参考意义。     

悬臂式单锚抗滑桩加固黄土滑坡的模型试验

通过开展悬臂式单根锚杆抗滑桩加固黄土滑坡的室内模型试验,获得桩后滑坡推力、桩前土体抗力、桩体及锚杆的应力-应变情况,并据此研究了悬臂式单锚抗滑桩桩侧地层抗力、桩身内力分布规律及其破坏模式.结果表明:在滑坡推力作用下,悬臂式锚杆抗滑桩受荷段桩后受压、桩前受拉,而嵌固段桩后受拉、桩前受压,锚杆抗滑桩受力形式呈“S”曲线状;随着锚杆抗滑桩在荷载作用下的变形破坏,其桩前、桩后土压力分布规律也逐渐改变;悬臂式锚杆抗滑桩的破坏模式主要为塑性铰弯折破坏,而土体中锚杆的破坏模式主要为弯剪-滑移破坏.     

增湿耦合湍流促进PM_(2.5)团聚技术

基于增湿耦合湍流团聚装置,分别采用LS23320激光粒度分析仪和ELPI测定各团聚工况条件下飞灰颗粒的几何粒径和空气动力学粒径分布。结果表明:喷雾增湿及湍流耦合增湿条件下,飞灰几何粒径分布变化明显,但仅湍流团聚时,几何粒径分布变化不大;在空气动力学粒径≤10μm时,不同团聚工况下各级粒径段颗粒均有所减少,且湍流耦合增湿条件下减少幅度最大。采用离散相模型(DPM)模拟颗粒运动轨迹,经扰流单元扰流,不同粒径颗粒运动轨迹交叉在一起,可为颗粒团聚创造条件;采用颗粒群平衡模型(PBM)计算不同工况条件下颗粒团聚,计算规律与ELPI实测数据一致。     

唐顺陵天禄石雕变形监测及分析

唐顺陵天禄石刻雕像是唐陵石雕中的精品,在漫长的地质营力作用下,天禄石雕中产生了一系列的交错裂隙,被裂隙切割的岩石块体沿裂隙存在缓慢的错动,在地震等因素的作用下最终会威胁天禄石雕的整体稳定性。本文介绍了天禄石雕的变形监测布置,分析了石雕裂隙及裂隙两侧岩体的变形特点、变形趋势,并研究了石雕裂隙变形与研究区微环境状况的关系以及石雕的整体沉降特点。结果表明:温度和降雨会影响石雕裂隙的变形方式;监测时间内石雕裂隙的变形趋势逐渐加强;石雕的整体沉降与土层含水率存在相关性;石雕左后腿的危岩块体沿裂隙存在下滑破坏的趋势。     

风荷载作用下钢管脚手架新型外挂防护网受力性能试验研究

为研究钢管脚手架新型外挂防护网在风荷载作用下的受力性能,通过室内水平往复荷载试验,分析了新型外挂防护在两组不同分载装置作用下的最大变形、破坏最薄弱位置以及对整个脚手架架体的影响。结果表明:在标准风荷载作用下,该新型外挂防护网对整个脚手架架体的影响很小,主要应变都出现在防护网的外框及斜撑骨架上;随着作用荷载的逐渐增大,防护网外框及斜撑首先发生弯曲变形,然后防护网一侧从连接件的卡槽中滑移脱出,造成最终破坏;防护网连接件卡槽的高度和刚度不足是引起其破坏的主要原因,防护网连接件的扣件发生松动造成防护网单元受力不均匀,是导致防护网还未达到极限荷载就提前破坏的主要原因。     

溶洞顶板受荷变形监测过程研究

以青溪大桥桥基岩溶洞穴围岩工程地质条件定性-半定量-定量分析为基础,在岩土自重和桩基的外附荷载作用下,对桥墩所在位置的溶洞顶板稳定性进行综合评价。利用自行研制的钻孔多点位移计对施工荷载施加过程中溶洞及项板岩体的变形进行现场监测,该仪器综合了传统多点位移计和收敛计对深部岩体和岩层表面分别进行监测的优势,利用同一组数据对施工影响下溶洞洞体和顶板的变形规律进行分析。结果表明,在重大施工荷载作用下保证8.0 m溶洞顶板厚度是安全稳定的,大大节约了溶洞处理费用,并为类似的岩溶洞穴稳定性施工提供了有力的技术支持。