砂土边坡稳定性离心模型试验研究

离心模型试验是岩土工程重要的研究手段之一,近年来已日益广泛的应用于公路、铁路、机场、港口等工民用建筑地基基础以及水利、市政、海洋工程研究等。2013年,为推动国内离心模型试验技术规范化和标准化,加强各实验室之间的交流与学习,中国水利学会岩土力学专业委员会物理模拟技术委员会组织国内拥有离心机的高等院校、科研机构,在统一试验用样、统一试验方案的基础上,开展了一次砂土边坡稳定离心模型平行试验。本文以长江科学院完成的边坡稳定性试验成果为基础,对比分析了各实验室之间的成果,重点探讨了砂土含水率的变化规律以及对边坡稳定的影响,提出砂土的残余含水率和边坡坡比是影响边坡稳定的主要因素,此外,试验模型制作和加载过程控制也是影响边坡稳定的重要因素。     

分级加载下加筋边坡离心模型试验数值模拟

针对西南地区某机场加筋边坡的离心模型试验,建立与离心试验尺寸一致的有限元数值模型,并采用考虑时间因素的Cvisc蠕变模型与M-C模型,模拟分级加载过程中离心模型的位移、土压力、筋材拉力随时间的发展和分布情况,并与离心模型试验结果进行比较。采用Cvisc模型研究了不同筋材长度,以及不同部位的筋材加密和筋材模量增加对加筋边坡的影响。研究结果表明:Cvisc蠕变模型能较好地描述变加速度加载的离心模型试验,引进时间因子能反映出不同时刻下离心模型的位移、土压力、筋材拉力;随着筋材长度的增加,潜在滑面后移,边坡稳定性提高;在1/3坡高处筋材拉力和水平位移最大,通过对1/6～1/2坡高范围内筋材加密或模量增加,是提高边坡稳定性最有效的方法,筋材加密效果优于筋材模量增加。     

某加筋土边坡离心模型试验相似材料研究

离心模型试验的准确性与可靠性取决于模型与原型的相似程度,选择合理的相似材料是离心模型试验的关键环节。以广州某垃圾填埋场挡坝加筋边坡的工程设计为背景,为合理开展离心模型试验,选取6种编织布进行分析。考虑强度相似原则和界面摩擦因素,基于窄条拉伸试验、直剪摩擦试验合理比选相似替代材料。按该边坡设计方案,模型边坡在离心场中能够保持稳定。边坡设计中应进一步参照数值分析和工程类比进行方案确定。如按强度相似进行材料选择,通过调整模型土层厚度,所选择的6种材料可对抗拉强度在13~360 kN/m的土工布进行模拟。     

利用离心模型试验求解岩质边坡抗滑稳定安全系数

在离心模型试验的基础上,对岩质边坡安全系数与加速度增大系数之间的关系进行了研究,并以直线型滑动岩质边坡为例进行分析。推导了在支护与无支护两种边坡形态破坏时的离心加速度同安全系数之间的解析关系,通过两个推导公式分别可以确定任一离心加速度时的边坡安全系数,和支护状态下边坡达到极限平衡状态时的安全系数值,并将推导结果在岩质边坡试验中进行应用,得出了支护边坡的安全系数。为今后采用离心试验确定岩质边坡安全系数起到了一定的参考作用。     

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。     

高陡加筋边坡离心模型数值模拟

针对某山区削坡填沟加筋高陡边坡开展的三组离心模型试验,建立基于离心模型试验尺寸的数值模型,模拟离心试验加载运行过程,研究不同填料强度下边坡的变形和破坏模式,以及筋材应力-应变分布规律,并与离心试验成果进行对比分析,进而开展筋材分布的拓展研究。研究结果表明:坡体下部填料强度不足时,在上覆荷载作用下,坡体下部发生侧向挤出,引起上部坡体底层筋材进入屈服阶段,上部加筋体内部坡脚至H/3(H为上、下级边坡高度)处形成潜在滑动面;加筋边坡筋材内力在平台处发生突变,数值分析结果表明随着坡高的增加,筋材最大轴力下移;适当增加下部坡体筋材长度可提高边坡整体稳定性,通过对各级边坡H/3范围的筋材进行加密,筋材应力分布整体得到优化,数值分析结果可为优化加筋边坡设计提供重要的理论依据。     

可靠性理论在强风化岩石边坡稳定性分析中的应用

为了对强风化岩块组成的岩石边坡的稳定性进行评价,通过一次二阶矩法、蒙特卡罗模拟和有限差分数值分析相结合的方法对其进行了可靠性分析和研究。首先,将岩石边坡等效为连续介质体,利用等效连续模型获得强风化岩石边坡的特征参数,之后,将岩石边坡的岩土材料参数定义为二维空间变异参数,并通过一次二阶矩法建立了变异参数的不确定性模型;然后,利用蒙特卡罗模拟了岩土参数的空间变异性;最后,利用有限差分的方法研究了协方差、相关距离对安全系数和可靠性指标的影响。结果表明:岩土工程参数空间变异性对特定岩石边坡的稳定性评价具有很大的影响;强风化岩石边坡的安全性评价不能仅凭单一参数值确定;随着岩石边坡参数协方差的增大,可靠性指标值逐渐减小,安全系数逐渐减小;随着自相关距离的增大,可靠性指标逐渐增大。因此,应在边坡常规分析和设计过程中充分考虑岩土工程参数空间变异性。     

岩质边坡稳定性影响因素敏感性分析

通过有限元计算软件ADINA建立边坡二维平面应变模型，分析了岩质边坡稳定性影响因素粘聚力C、内摩擦角φ,岩石重度γ、弹性模量E、岩石抗拉强度σt和边坡高度h等对边坡安全系数的影响。计算结果表明：粘聚力C、岩石重度γ和边坡高度h等对一般岩质边坡稳定性的影响较为敏感；内摩擦角φ较粘聚力C对岩质边坡稳定性的影响不太敏感。对岩质边坡稳定性分析研究有一定的应用价值和参考价值。     

岩体力学试验新技术在三峡工程中的应用

结合三峡工程岩体本构模型、拉剪应力状态下岩体强度性质、裂隙岩体开裂机理、边坡岩体卸荷带范围划分以及长期变形稳定分析等复杂岩体力学问题的研究,总结了岩石应力应变关系全过程测试、岩体"拉剪"试验、岩石断裂韧度测试、岩体声波测试及现场岩体蠕变等试验新技术在三峡工程中的应用。     

离心场中陡倾顺层岩质边坡振动试验关键技术研究

为解决离心场中陡倾顺层岩质边坡振动试验的关键技术问题,设计了陡倾顺层斜坡的离心振动台模型,通过试验探讨了试验仪器设备的关键技术参数、动力相似关系、相似材料比选以及传感器的安装布置等内容,并确定了地震波的加载方案。同时为了得到可靠的试验结果,分析了离心力场中的误差、传感器的安装与误差问题和边界效应问题,结合以往经验对误差方法进行比选,并提出了相应的减小误差的方法。研究结果表明离心振动台模型试验要进行合理的设计;离心力场中的系统误差可通过设计模型尺寸大小和选择模拟模型和原型应力保持一致的高度来减小;传感器测量误差可采用在传感器周围填充满砂土来减小;多层剪切层铝合金框架模型箱能够最大程度减小边界效应的影响。     

地质力学模型试验在高边坡研究中的应用

应用地质力学模型试验技术研究岩体边坡的稳定问题,尚属需要进一步开拓的领域。三峡双线5级船闸开挖后,两侧均形成高边坡。边坡岩体为花岗岩;岩体中存在有断层和裂隙,并受高达5MPa以上的地应力作用。 国家“七五”科技攻关要求用地质力学模型试验技术研究其边坡的稳定。首先进行一个平面地质力学模型试验。并且结合平面模型进行平面弹塑性有限元分析,最后进行三维地质力学模型试验。试验成果分析认为:三方面的成果具有较好的可比性;三维模型相似模拟较全面;用逐级释放反荷载的方法模拟逐步开挖的地应力释放过程,通过实验验证是可行的。     

三峡永久船闸开挖边坡岩体力学参数反分析

 采用基于人工神经网络的边坡位移反分析方法， 取得了三峡永久船闸开挖边坡多介质岩体的宏观等效弹性模量， 并利用各层等效弹性模量进行了有限元正分析计算， 预测了三峡永久船闸开挖边坡下一开挖阶段的应力及变形发展趋势。     

三峡船闸高边坡锚固及新型无粘结锚索开发

三峡双线连续五级永久船闸，充分利用三峡花岗岩高强度的条件，闸室采用锚固于岩石直立边坡上的混凝土薄衬砌墙结构，使边坡岩体成为结构的组成部分，为提高边坡岩体的稳定性，共使用了229束1000kN和3975束3000kN的预应力锚索对边坡岩体进行加固，并安装了113台锚索测力计对锚索的受力状态进行监测，在使用锚索的数量及安装测力计台数上均属世界少有。三峡船闸高边坡预应力锚索的结构特点，施工工艺控制，加固效果分析及新型无粘结锚索试验研究与开发等锚固技术的应用成果具有推广价值。     

三峡永久船闸高边坡开挖中的岩石力学问题

三峡永久船闸是深切山体建造的 ,开挖形成了双向岩石高陡边坡 ,其规模巨大 ,由此带来的边坡稳定问题引起世人普遍关注。回顾高边坡施工开挖 6年中发生的边坡成型困难、岩体开裂和塌方等情况 ,及研究采取对策、解决问题的过程 ,对岩体开裂和塌方等问题的原因进行了岩石力学分析 ,提出了几点经验 ,可供其它类似工程参考。     

三峡永久船闸高边坡开挖中的岩石力学问题

三峡永久船闸是深切山体建造的,开挖形成了双向岩石高陡边坡,其规模巨大,由此带来的边坡稳定问题引起世人普遍关注。回顾高边坡施工开挖6年中发生的边坡成型困难、岩体开裂和塌方等情况,及研究采取对策、解决问题的过程,对岩体开裂和塌方等问题的原因进行了岩石力学分析,提出了几点经验,可供其它类似工程参考。     

三峡工程船闸高边坡岩体长期变形及稳定性有限元分析

提出了三峡工程船闸高边坡岩体的流变模型,计算分析了边坡内渗透水压力对边坡岩体长期变形的影响,并对边坡的长期稳定性作了评价。     

三峡工程船闸高边坡岩体力学试验研究的历史回顾

三峡工程建设自50年代开始,历经坝址选择和选定、重新论证、设计施工等3个阶段。40年时间, 为永久船闸高边坡问题,围绕4条勘探线,在30来个平硐和支硐中开展了大量岩石力学试验研究。针对各阶段工程设计方案对岩石力学试验研究提出的要求,就各类试验取得的成果,进行了综合分析基础上,对此作了系统的概略介绍。     

三峡船闸高边坡设计实践中几个问题的再认识

根据前期设计论证,三峡船闸上部边坡开挖达到基本自稳,辅以排水及锚固,下部为直立坡与薄混凝土衬砌闸墙相结合.在施工过程中,遇到如何控制边坡开挖形态与闸室结构型式,中隔墩岩体保留与利用,坡面块体,排水隧洞的完整性,锚索的结构型式及钢绞线的强度利用系数等一系列问题.这些问题在施工过程中进行了分析.并通过动态设计方法,得到了较好的解决.     

三峡永久船闸高边坡锚固处理

针对三峡永久船闸高边坡失稳原因,采取以下锚固处理措施:一是向岩体施加利于稳定的外荷载,增加岩体抗滑力;二是将已风化或弱风化岩体保护起来,配合锚固措施增加稳定性。     

三峡船闸地质力学模型结构稳定研究

 本文阐述采用地质力学模型研究三峡船闸的稳定问题。其中包括用二维平面地质力学模型研究在自重和地应力作用下,双线船闸的开挖对于船闸边坡稳定的影响,及用三维地质力学模型研究在最不利的运行工况:自重、水压力、门推力作用下,双线船闸中隔墩的稳定;特别验证了60m中隔墩的稳定,为优化设计提供了依据。 本文还简单叙述了地质力学模型的特点,它的关键技术、及本课题的社会、经济效益。