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。     

三峡库区高陡危岩软弱基座力学特性研究——以望霞危岩炭质页岩基座为例

对三峡库区巫峡望霞危岩软弱基座炭质页岩样品进行X射线衍射与SEM扫描电镜分析,结果表明矿物成分中蒙脱石、云母、绿泥石含量较高,这些层状结构硅酸盐矿物具有高吸水性与易滑性特点;岩溶区地表碱性环境下蒙脱石和云母向绿泥石转化,岩石抗剪强度低,易发生滑动导致危岩体失稳。使用RMT-150C岩石力学试验系统进行不同围压下炭质页岩三轴压缩试验,通过一元线性回归分析方法获取了炭质页岩强度参数粘结力c=200 k Pa、内摩擦角φ=29.9°;对岩石屈服强度、峰值强度、残余强度与围压数据进行回归分析获得线性控制方程,建立了炭质页岩应力-应变全过程曲线,结果表现出压密、弹性变形、应变软化、塑性流动4个阶段。     

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。     

含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性

以某隧道为背景,通过地质条件分析并结合FLAC3D数值模拟手段,采用对比含有厚层软弱夹层和不含软弱夹层的2个不同模型的方法,从地应力变化、塑性区开展、变形、下覆岩体受压和位移等角度分析了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏特性。发现对于含厚层软弱夹层和不含软弱夹层的这2个不同模型,地应力的差别较小,但都为不含节理的岩体的0.5倍或更小,因此认为节理是影响含厚层软弱夹层硬质围岩变性破坏的因素之一;而2个模型在塑性区开展、变形量、下覆岩体受压和位移等方面差别较大,因此认为厚层软弱夹层对硬质围岩的变形破坏起着显著作用。同时通过创建三维模型采用分步开挖的方法,模拟了含厚层软弱夹层硬质围岩的变形破坏过程,分析认为其具有隐蔽性和发生时间不确定性的特点。研究结果可为类似地质情况的隧道建设提供参考。     

三峡库区棺木岭危岩体涌浪风险防控研究∗

三峡库区棺木岭危岩体基座岩体强烈劣化，稳定性持续下降，潜在涌浪灾害严重威胁九畹溪漂流景区和长江航道的安全。本文围绕棺木岭危岩体涌浪风险防控问题，开展了基于流固耦合数值模拟的危岩体涌浪危险性评估和涉水危岩体防治设计，研究表明：在景区旺季的 145 m 水位工况下，棺木岭危岩体失稳可能产生的涌浪最大高度约为 19.2 m，在对岸九畹溪旅游码头最大爬坡高度约 15.1 m，长江干流最大涌浪爬高约 1.6 m，严重威胁约 15 km 的九畹溪航道和长江航道安全。针对危岩体处于偏心受压状态和消落区基座岩体劣化情况，对其下部凹腔进行“模袋砼围堰+岩腔填充”的工程防治设计，使得棺木岭危岩体稳定性系数从 1.3 提升至 2.6。本次研究直接指导了棺木岭危岩体防治工程，可为库区其他涉水危岩体涌浪风险防控提供借鉴。     

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。     

考虑夹持效应的滑移式危岩三维稳定性计算方法

危岩体是被结构面围限并受空间力系作用的三维地质体。二维稳定性计算模型分析结果往往不能反映其真实的稳定性。基于空间解析几何和极限平衡法,提出了一种可考虑周围岩体夹持作用的滑移式危岩三维稳定性计算方法。该方法首先根据结构面的空间几何分布建立各自的局部坐标系,分别计算结构面分离区和锁固区的空间受力,然后将局部坐标系中力变换至主滑面坐标系,求得下滑力和抗滑力后计算危岩体稳定性系数。     

岩体爆破破坏效应颗粒流数值模拟验证研究

采用颗粒流方法对岩体爆炸破岩过程进行数值模拟,将集中药包作用下的爆炸球面波等效为三角形波脉冲,根据颗粒离散元原理建立了点膨胀加载法和动边界处理法,结合动三轴试验标定的细观力学参数,建立了颗粒离散元爆炸应力波传播分析模型。利用数值模拟进行了爆破破岩机理分析,探讨了不同埋深、炸点膨胀比、炮孔压力对爆破效果的影响,给出了数值模拟时合适的炸点膨胀比与峰值压力取值范围,并根据爆破工程实践对爆破漏斗效应、微差爆破效应进行了验证。研究方法简单可靠,可反映岩体爆炸应力波传播规律,动态表征岩体的破坏过程,有助于进一步加深对工程爆破效应的认识。     

软弱结构面水流冲刷形成集中渗漏通道机制研究

软弱结构面塑性程度高、强度低,在地下水长期作用下,很易导致岩体产生变形、形成集中渗漏通道及渗透破坏.软弱结构面的渗透稳定性,一直是水利水电工程的重要工程地质及水文地质问题之一,目前对其渗透破坏机理的认识还存在不少尚未解决的问题.针对已有对基岩软弱结构形成集中渗漏通道研究的不足,本文在软弱结构面内讨论渗透变形问题,主要探...     

土石坝振动台模型试验颗粒流数值模拟分析

目前一般采用振动台试验、离心振动台试验和有限元动力分析来获得土石坝在设计地震荷载作用下的形态和抗震性能。本文结合孔宪京等的土石坝振动台试验结果开展了颗粒流细观数值模拟研究,克服了传统连续介质力学的宏观连续性假设,形象而直观地表现出坝体在动力荷载作用下的破坏特征。数值模拟规律与振动台试验规律基本一致。同时还分析了坝体颗粒粘结强度和地震峰值加速度变化对坝体破坏特征的影响。数值结果表明,当颗粒间粘结强度较低时,表现为坝体表面颗粒的滑动破坏,粘结强度稍大时,会出现局部的小块颗粒团整体滑动破坏;随着峰值加速度的增大,坝顶沉降量在增大,坝体破坏特征不变。     

基于细观尺度的岩体开挖渐进破坏模拟研究

岩土渐进式地质灾害是当前岩土工程领域的重要研究课题。基于颗粒离散元法导出颗粒连接损伤模型,建立岩石细观离散模型,进行不同颗粒参数条件下的岩石单轴受压数值模拟。结果表明,岩石细观颗粒间相互黏结力是影响颗粒黏结破坏的主要因素;颗粒间摩擦系数是影响宏观强度的敏感参数,单轴受压试验形成接近45°剪切带,数值模拟与试验结果较好吻合,验证了该模型的合理性。建立岩体开挖细观离散模型,模拟不同地层条件下的开挖过程,对比分析了开挖未支护和支护情况下检测点的沉降差异。研究发现,未支护支撑下,深层开挖时,检测点的位移沉降较浅层开挖时明显;支护可以有效降低围岩变形,防止拉应力产生。本文从细观上揭示岩体开挖条件下渐进式破坏过程形成机制,为更深入研究岩土力学特性和滑动断裂的形成与发展等渐进破坏过程提供了理论和技术支撑。     

基于离散元法的爆破荷载作用下深埋隧道失稳破坏模拟研究

为了研究爆破扰动对深部隧道工程的影响,借助颗粒流程序PFC,开展爆破荷载作用下深埋隧道失稳破坏的数值模拟,分析了不同埋深隧道围岩的损伤演化过程和相同埋深隧道围岩颗粒位移与应力随时间的变化规律。研究结果表明:在距离隧道一定高度的顶面施加爆破荷载,随着埋深的增加,围岩损伤程度越严重,损伤集中于隧道的两帮,并逐渐由隧道右侧向顶板发展;隧道的失稳破坏是由爆破荷载和地应力共同造成的,爆破荷载主要使隧道围岩产生裂隙,而在高地应力的持续作用下,可能引起岩块的剥离和弹射;隧道两帮的竖向压应力大于岩体抗压强度是隧道围岩破裂的主要机制。研究成果为深埋隧道支护技术和灾害预报研究提供了依据。     

基于岩腔后退的危岩断裂破坏分析——以重庆市万州区太白岩危岩为例∗

硬质岩体危岩的突发性破坏本质是岩体的脆性断裂破坏。以重庆市万州区太白岩危岩为例,将危岩后缘卸荷裂隙的扩展贯通简化为半无限大板的边缘裂纹断裂问题,建立了卸荷结构面接触与非接触的裂纹断裂力学模型,推导了 I 型裂纹、II 型裂纹应力强度因子以及联合应力强度因子表达式,并基于数值模拟手段提出了危岩结构面正应力与剪应力确定方法。万州太白岩危岩 W10 断裂破坏分析结果表明：危岩崩塌失稳受控于岩腔的深度,岩腔深度加大,后缘卸荷裂隙扩展,其力学机制根据岩腔深度变化表现为拉破坏和拉剪破坏;对于危岩 W10, 裂纹联合应力强度因子随岩腔深度的增大表现出先增加后降低再增大的趋势,I 型裂纹断裂应力强度因子具有与联合应力强度因子相同的变化特征;岩腔深度 3~6 m 以及 9~10 m 内,危岩裂纹主要为拉应力集中状态;岩腔深度 6~9 m 时,危岩裂纹处于拉剪应力状态;当岩腔深度为 3.8 m 时,危岩 W10 发生拉剪断裂破坏,断裂扩展角为 29.5°。     

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。     

乐山大佛景区景云亭危岩灾害分析及其防治研究

乐山大佛景区离堆山景云亭危岩地处大佛景区乌尤寺附近陡崖地带.危岩严重威胁省级文物保护单位"离堆"、乐山巨型睡佛的"睫毛"-景云亭及"中流砥柱"浮雕等重要景点的安全.通过现场调查、测绘、坑探等手段,结合赤平投影、楔形体稳定性分析,系统地研究了离堆山景云亭危岩体的区域地质环境条件、危岩基本特征及类型、演化发展趋势、影响因素及其稳定性,在此基础上提出了以锚固为主体工程,辅以排水、嵌补工程,对危岩体进行综合工程整治.     

混凝土核心筒的有限元模拟及若干参数的影响分析

运用ABAQUS分析软件,建立水平荷载作用下的钢筋混凝土核心筒有限元模型,进行非线性分析,并将分析结果与大比例试件的试验结果对比,对所采用的有限元模型加以验证。在此基础上,进行改变钢筋混凝土核心筒轴压比、高宽比和筒壁厚度的受力过程模拟分析,研究这些参数对筒体性能的影响。结果表明:随着轴压比的增大,筒体的破坏由受拉向受压破坏转变,筒体最大水平承载力经历先增加后减小的变化,延性变差;随着高宽比的增大,筒体破坏形态由剪切向弯曲破坏转变,延性增加,整体弯曲作用更加明显,最大底部剪力减小;随着壁厚的增大,试件破坏由截面压屈失稳向墙肢底部受弯破坏转变,墙肢破坏区域沿高度方向发展,耗能能力更强,承载力明显增大,变形能力显著增加。     

瓮马高速公路低缓顺层边坡失稳机理与反思

通过对瓮马高速公路顺层边坡工程地质条件的系统调查与分析,对其变形破坏机制进行深入探讨研究。研究结果表明,顺层边坡破坏为滑移-弯曲-拉裂复合型顺层滑坡,边坡的变形受层间软弱夹层及岩体结构控制作用明显。基于变形机理分析和工程影响的治理措施将重点放在控制顺层滑坡向上继续滑移拉裂和软弱面滑移剪切控制上。     

桂林市喀斯特危岩体发育特征及稳定性分析

危岩体是由多组的结构面组合而形成,在地表风化作用、卸荷作用、重力、地震、降雨等诱发因素作用下处于不稳定、欠稳定或极限平衡状态的岩体。通过对桂林市15座山的326块危岩体发育情况进行实地调查、测绘,得到了几组重要数据,根据危岩体的结构特征和状态特征,将桂林市的危岩体类型分为临空型、倾倒型、贴坡型、孤石型4种基本类型,以白岩山3号危岩体为对象采用极限平衡法对该危岩体稳定性进行了定量验算,综合分析评价了桂林市危岩体的发育特征及稳定性。     

金沙江杀威台子滑坡成因动力学特性研究

规模巨大的金沙江杀威台子滑坡形成于约4万年前,现存体积约2.69×108 m~3,其堆积体物质结构表现出典型强动力触发的溃散型滑坡特性。进一步的离散元数值反演分析成果表明:山体内广泛发育的结构面是控制斜坡稳定的关键;a_(max)=0.4g为斜坡岩体保持整体稳定的极限动力荷载,形成高速远程运移碎屑流溃散型破坏的临界动力荷载为a_(max)=1.3g;滑坡的成因机理是底部剪切滑移锁固段岩体在强震作用下无法抵抗上部岩体的推挤而触发溃屈破坏;滑体前端受底部摩擦逐渐减速,中后部物质在强大的地震惯性力驱动下,仍以较大速度猛烈撞击前部低速滑体并抛射形成溃散型碎屑流,这是滑坡前部物质极具冲击力并远程运移越过河床甚至急剧爬坡冲覆于岸坡之上达200m的关键动力学原因。     

斜坡振动台试验模型相似材料的动力特性研究

利用动三轴试验仪器,研究了斜坡振动台试验中的模型相似材料(模拟软岩和软弱夹层)的动力特性。试验结果表明,循环荷载作用下,软岩弹性变形迅速,荷载翻转处滞回环呈"尖叶状",而软弱夹层则相反,为"椭圆状";不同围压下,2种材料的动弹模均大于静弹模,骨架曲线近似双曲线,1/Ed—εd呈近似线性关系;随着围压的增大,软岩相似材料呈应变硬化的趋势,而软弱夹层则相反;软岩和软弱夹层相似材料阻尼比随动应力增加而增大,但相同应力状态下,软弱夹层阻尼比是软岩的1.5~5倍,与此对应,薄夹层斜坡较厚夹层斜坡动力响应更强,破坏规模和范围更大。该研究结果可供强震下斜坡的非线性动力响应分析借鉴。