电站厂房边坡崩塌落石运动及防护效果模拟分析

水洛河上已建成的固滴电站发电厂房右岸边坡崩塌落石灾害频发,对电站运行及人员安全产生巨大威胁。为对电站边坡崩塌落石进行拦截防护研究,利用无人机三维激光扫描技术准确高效地建立研究区域边坡高精度表面模型,通过Rocfall3软件对电站发电厂房区域边坡落石运动轨迹、动能和弹跳高度等运动特征及不同被动防护网的拦截效果进行了数值模拟,模拟结果为固滴水电站发电厂房落石拦截防护设施布置提供理论支撑与科学指导。     

四川麻柳沟地震崩塌落石运动特征分析

根据麻柳沟斜坡的坡体结构、地震崩塌落石分布位置及落石运动轨迹,采用运动学理论方法研究了麻柳沟地震崩塌落石的运动特征。结果表明,地震崩塌落石有别于重力崩塌落石,其运动形式更为复杂。麻柳沟地震崩塌落石的运动过程可分为平抛、滚动两个阶段。受落石大小、形态等影响,不同规模的崩塌落石运动方式有所差异。大型落石往往经过平抛阶段后直接停留在落地的位置,据此可以反算崩塌落石的初始速度;小型落石由于能量较小,落地后迅速被耗尽,基本停留在离落地不远处;对于那些偏心距较小的中型落石,受其形状、大小及坡度等影响,运动距离较远。地震崩塌落石在滚动阶段不受地震力影响,因此其运动方式与重力崩塌落石运动形式相同。     

落石冲击隧道洞口结构形状因素影响研究

为研究落石形状对落石冲击效应的影响,依托大岩隧道洞口处明洞工程,分别以球体、正方体和长方体三种形状落石撞击设有砂垫层的混凝土结构,利用有限元软件建立落石冲击混凝土结构模型,得到落石的速度、加速度以及结构最大等效应力等。结果表明,落石形状因素对落石在碰撞洞口结构所产生的冲击力有显著影响,长方体形状落石产生的冲击力最大,球体形状落石的冲击力最小。     

基于落石运动特征分析的被动防护网设计方案研究

崩塌落石是山区常见的地质灾害之一,采取有效的工程措施对危岩体进行防护治理十分必要。针对某水电站厂区自然边坡高位危岩体的安全防护设计开展研究,利用无人机航摄建立了高精度三维边坡模型,运用Rockfall数值软件模拟分析典型危岩体高危险区的落石运动特征与受灾影响范围。根据计算结果提出以被动防护网为主的防护方案及其主要技术参数,通过对比分析不同参数下的防护效果,定量确定了最优参数的防护方案。研究结果表明：在进厂交通洞上方的灌溉渠沿线设置一道高度为6 m、张拉长度100 m的RXI-150型被动防护网可有效优化危岩体落石的动能分布序列,显著提高落石拦截率,降低厂区的落石灾害风险,取得了良好的防护效果。研究成果可为该水电站边坡工程的防护设计提供了科学依据,为类似工程设计与落石分析提供参考。     

落石运动偏移比的模型试验研究

为研究落石偏移比特征及影响因素,通过落石模型试验,分析下落高度、坡形、坡表铺装、质量等因素对落石偏移比的影响规律。结果表明:除落石从坡顶(0 cm)自由下落,偏移比随机性较强,无明显规律外,不同下落高度(不同入射速度),落石偏移比随入射速度的增加而增大;台阶状坡形上落石偏移比较上陡、下缓坡形上大;坡面越坚硬,偏移比越大;落石质量越小,偏移比越大;就偏移比值来说,均在0.5范围内。在实际工程中,较大的入射速度、台阶状坡形、较小的落石质量、坚硬的坡表都会带来较大的偏移比,以及较大的随机性。因此在被动防治中应考虑更大的横向威胁范围,为落石防护布设提供参考。     

落石运动偏移比的模型试验研究简

 为研究落石偏移比特征及影响因素,通过落石模型试验,分析下落高度、坡形、坡表铺装、质量等因素对落石偏移比的影响规律。结果表明:除落石从坡顶(0 cm)自由下落,偏移比随机性较强,无明显规律外,不同下落高度(不同入射速度),落石偏移比随入射速度的增加而增大;台阶状坡形上落石偏移比较上陡、下缓坡形上大;坡面越坚硬,偏移比越大;落石质量越小,偏移比越大;就偏移比值来说,均在0.5范围内。在实际工程中,较大的入射速度、台阶状坡形、较小的落石质量、坚硬的坡表都会带来较大的偏移比,以及较大的随机性。因此在被动防治中应考虑更大的横向威胁范围,为落石防护布设提供参考。     

地震崩塌滚石灾害特征研究

以＂5.12汶川地震＂诱发岩崩滚石为调查对象,根据影响滚石运动特征的因素,对地震力作用下崩落滚石的规模、形状、岩性、落点轨迹、散落范围及斜坡地形地貌、坡度、覆盖层性质等进行了详细调查,并选取3个典型地震崩塌滚石灾害点为研究对象,系统总结了不同性质坡段滚石滑动、滚动、跳跃不同运动方式转化的影响因素,并依据滚石停积特点,分析了不同环境条件下,地震崩塌岩体形成滚石的运动特征、消能方式及危害范围。     

高风险落石运动分析及边坡防护综合设计

中越边境某高速公路面临严峻的高位山体落石风险,常规防护方案难以奏效,为解决落石隐患,通过数值模拟方法分析落石运动规律,提出防护设计方案。研究得到以下认识:①对于落石冲击能远超工程措施防护能级的情况,应高度重视坡型设计,引导落石沿可控的轨迹运动、碰撞减速消能;落石与宽平台及落石槽碰撞后能量衰减率可达到80%以上;②坡顶挖方线与自然坡切线角度α越小,越有利于引导落石贴坡坠落;③内倾落石槽具有优越的落石滞留和能量衰减效果,但弹跳轨迹较复杂,可配合较高的低能级被动网使用;宽平台的优势在于运动轨迹规则、弹跳高度较小,可配合较矮的高能级被动网进行使用;④废弃土作为缓冲垫层能显著提高落石防护能力,还能缓解弃土造成的环境污染,种植绿化后尚有美化景观的作用。研究思路及成果可为落石防护提供借鉴和参考。     

震裂滑移式崩塌运动特征分析:以张家沟2#崩塌为例

【目的】“6.1”芦山地震诱发了宝兴县张家沟崩塌群，严重威胁坡脚居民生命财产安全，研究其形成机制与运动特征，可为该类灾害防治工作提供理论依据。【方法】运用经验公式及离散元软件3DEC分析其运动过程，量化崩塌体的位移速度变化特征。【结果】结果显示：(1)发育倾向坡外及竖向裂隙的坡体即可发生震裂滑移式崩塌，而不仅出现在顺层斜坡中；(2)崩塌体裂隙发育，破坏首先从后缘开始，块石最大运动距离约213 m,最大运动速度约25.71 m/s;(3)张家沟2^#崩塌落石运动过程以滚落为主，跳高较少，同时受坡面形态影响较为强烈；(4)震裂滑移式崩塌运动过程可概括为拉裂损伤阶段—剪切滑移阶段—崩落流通阶段—自稳堆积阶段。【结论】结果表明，数值模拟结果与现场调查相吻合，数据揭示了张家沟崩塌的运动特征，反映了其形成机制，研究成果可为类似灾害防治提供参考。     

地基及边坡-地基极限承载力有限元研究

为研究边坡角大小对地基承载力的影响,采用有限元强度折减法进行数值模拟计算,建立了简化的地基及边坡-地基模型,分析了地基的极限承载力随着边坡坡角的变化规律,并计算出地基的极限承载力大小。结果表明,有限元强度折减法能够计算出地基极限承载力;在相同的基础荷载等量加载情况下,边坡-地基模型随着坡角的增加,安全系数变化趋势先保持与0°(地基)模型变化趋势相同,即在坡角为0°~30°之间,而后随着荷载等量增加其安全系数呈现出减小的趋势,并且减小幅度逐渐变缓,最后基本不变;当坡角增加到40°之后,安全系数变化趋势比较基本呈现线性减小趋势,减小幅度较为缓慢;边坡的形成将对地基极限承载力有衰减效应,并且地基极限承载力的衰减效应随着坡角的增加总体呈非线性变大趋势,但其衰减效应幅度随着坡角的增加逐渐变缓。     

基于离散元的滚石灾害被动防护网设计方法研究

被动防护网是边坡滚石灾害的有效防治措施,如何有效、精准和经济地设计被动防护网,对提升抵御自然灾害的综合防范能力具有重大意义。针对频发的滚石灾害,构建了基于离散元的边坡滚石灾害被动防护网设计方法。通过建立精细的边坡、滚石和被动防护网离散元模型,分析滚石运动轨迹、拦截滚石数目以及拦截效率等指标,以确定高度、长度等被动防护网参数;通过监测滚石的速度、冲击能变化为被动防护网选型提供建议;通过分析被动防护网撞击断面上不同位置的形变变化规律,确定最佳防护工况下被动防护网的最大形变位置。以某大型水电站的库区道路建设为例,采用被动防护网离散元设计方法对滚石灾害进行定量分析,确定被动防护网尺寸为长度30 m、高度5 m时较为适宜,该设计能够使碎石拦截效率达到92%,防护网材料应能抵御108.5 kJ的冲击能。根据上述分析可知,基于离散元的边坡滚石灾害被动防护网设计方法能够定量评估滚石灾害的影响范围与影响程度,从而为水利水电、道路、桥梁等工程建设中的滚石防控措施设计提供方法与经验。     

基于强度折减法的土石坝坝坡稳定性分析

基于边坡稳定性能的评估问题,介绍有限元强度折减法的基本原理以及在有限元软件上求解边坡安全系数的过程。通过对工程实例计算分析得到最危险的滑动面和安全系数。计算结果与瑞典条分法进行坝坡稳定性分析结果对比表明:两种方法所得的安全系数相差1.47%,滑动面形状、走向和位置一致,并且数值模拟显示的土石坝塑性渐进变化过程符合实际工程塑性变化过程。因此,基于有限元强度折减法对土石坝坝坡等类似工程边坡最终状态稳定性评估分析具有一定的实用性和可靠性。     

强度折减法在蠕滑体边坡稳定分析中的应用

以大型通用有限元分析程序ANSYS为平台,利用基于强度折减技术的弹塑性三维有限元法,对一个蠕滑体边坡进行了整体计算分析。该法可以克服传统极限平衡法和平面有限元法的缺点,较真实地反映整个蠕滑体边坡的稳定状态,为制定工程处理措施提供了参考。     

玛尔挡水电站边坡岩体宏观力学参数优化反演及应用

裂隙岩体的变形、强度特性研究以及其力学参数的确定是岩土工程界、工程力学界最为关注的参考指标。在室内试验的基础上,考虑地应力与结构面尺寸、方向、连通率等因素情况下,采用分区分级方法对玛尔挡水电站边坡岩体的宏观力学参数进行优化反演,并将结果应用到三维有限元计算中。计算结果表明:模型采用反演所得宏观参数能够客观、合理反映出边坡整体的安全稳定状况。研究结果为相关参数反演与边坡稳定性研究提供了参考。     

基于弹塑性区间有限元的边坡稳定性分析

区间分析法是工程中对不确定问题进行分析的方法之一。现有区间分析法大多采用区间参数摄动法求解,其存在明显的局限性,特别对于弹塑性问题需采用增量法计算时,很难得到有效的解答。在边坡稳定性计算中采用区间变量来描述工程中的不确定性,将区间数学与弹塑性有限元相结合,建立了弹塑性区间有限元,推导了基于弹塑性区间有限元方法的边坡稳定性区间安全系数计算公式,这一方法能有效的避免区间参数摄动法的局限性。通过工程实例,验证了该方法的可行性和有效性。在此基础上探讨了岩土体参数对区间安全系数的影响。结果表明,内摩擦角对边坡安全系数的影响明显,重度、黏聚力影响较大,弹性模量和泊松比影响小。     

加筋高陡边坡离心模型试验与数值模拟

采用离心模型试验和二维有限元法, 研究加筋高陡边坡的加筋机理及其对边坡稳定性的影响。开展2组离心模型试验, 逐级增大加速度直至边坡发生破坏, 分析无加筋边坡与加筋边坡的变形和土压力随分级加载过程的变化规律。基于离心模型试验的基本参数, 建立有限元模型, 通过对比计算结果与离心模型试验结果, 验证数值模型的合理性;进一步采用该数值模型开展填料强度与加筋体抗拉强度对边坡稳定性的敏感性分析。研究结果表明:加筋体的引入能够有效提高安全系数, 但对沉降影响较小;无加筋边坡与加筋边坡的破坏形式不同, 无加筋边坡坡肩垮塌, 而加筋边坡主要在1/6~1/3边坡高度处出现应力集中。