岸坡水平排水孔的渗流场数值模拟

地下水作用是岸坡稳定性的重要影响因素,在航道岸坡整治工程中,岸坡排水设施必不可少。水平排水孔可以有效排出岸坡土体内部地下水,降低地下水水位。通过三维非稳定渗流数值模拟,分析了岸坡水平排水孔的排水效果。首先,对排水孔室内模型试验进行了数值模拟,结果表明数值模拟结果与试验结果较为一致,坡体中地下水向水平排水孔汇集并排出坡体;之后,对典型岸坡渗流场进行了数值模拟,其结果表明,水平排水孔的排水效果较为明显,可以加深对于渗流场的控制范围,孔深越大,排水效果越好。研究成果可为水平排水孔在航道整治工程的应用提供参考。     

桩基码头岸坡与桩基相互作用的试验研究

在砂槽模型试验、离心模型试验及有限元计算分析的基础上,研究了高桩码头桩基对岸坡侧向变形的遮帘效应,桩基在岸坡侧向变形作用下的应力和位移特征,以及桩土相互作用机理。     

基于COMSOL的洛河治理工程中河道岸坡安全稳定性分析研究

针对洛河治理工程中的河道岸坡,利用COMSOL有限元软件,引入渗流与安全稳定系数理论,研究了不同工况下岸坡渗流与安全稳定性。分析了不同河道水位下水压从坡底部至顶部逐渐增大,水位6m的最大水压相比于4m时增大了11.2%,浸润线均呈水平状态,坡脚底部处的等效应力随水位增大,量值逐渐降低,但分布面积扩散。降雨工况下常规降雨强度时坡体水压分布基本一致,流网分布呈均匀,强降雨强度时坡脚底部水压力增大显著,呈条状分布,最大流速是常规降雨强度下的6倍,达到30.8cm/s。获得了不同水位下岸坡安全稳定系数与河道水位呈反比关系,但坡脚处位移量与河道水位呈正相关,水位增大,滑动体愈倾向于外侧坡面。分析了降雨强度增大,安全稳定系数降低,强降雨强度250mm/d下岸坡稳定系数逼近于1,滑动面附近坡体内位移值随降雨强度增大而变大,降雨强度20mm/d时为0.15m。论文为河道治理过程中岸坡安全稳定性分析评价提供一定参考。     

钻井船插拔桩对邻近桩影响的模型试验

为评价黏土中钻井船插、拔桩对邻近桩基础的影响, 开展了自由桩头条件下的1g模型试验, 得出插、拔桩过程中所测量物理量数据变化规律, 为后续离心模型试验提供了数据基础和试验方法。试验得到各物理量变化规律如下:插桩条件下, 随着插桩深度的增加, 邻近桩桩身最大弯矩产生的位置及最大土体水平位移产生的位置逐渐加深; 拔桩条件下, 最大桩身弯矩及最大土体位移值逐渐减小, 但拔桩完成后桩身位移和土体位移都未恢复到初始桩状态; 插桩初始阶段插桩阻力迅速增加, 之后逐渐趋于稳定, 拔桩初始阶段拔桩阻力迅速增加, 随后进入相对稳定阶段, 在桩靴距离土体表面约120 mm时, 阻力突降为0。试验分析结果表明, 土体位移变化直接导致桩身响应变化, 两者存在一定正相关性。     

岸坡水平排水孔现场试验及地下水监测成果分析

为研究岸坡水平排水孔技术的排水效果,在长江中游航道江陵高滩守护工程中布置水平排水孔现场试验段。在布置盲沟等传统排水措施基础上,增设不同深度的采用可拆换式过滤体的水平排水孔,与仅采用传统排水措施的工程比较排水效果,检验水平排水技术的有效性与可操作性。监测成果表明,岸坡内水位与长江水位变化关系密切:在江水位上涨阶段,江水流向岸坡,与岸坡地下水形成补给关系;然而在江水位下降阶段,岸坡地下水流向长江,形成排泄关系。增加水平排水孔后,岸坡排水效果要优于仅采用常规盲沟试验段的排水效果,孔深为15 m方案的排水效果要优于孔深为8 m的排水效果。研究表明岸坡水平排水孔起到了较好的排水减压作用。     

后方土体淤积下高桩码头桩基变形规律分析

针对高桩码头结构受后方岸坡不断淤积影响下的变形破坏问题,采用有限差分法分别建立高桩码头与岸坡土体耦合的整体结构段模型和单排架模型,研究了码头桩基随土体淤积进程的位移变化规律。结果表明：码头结构整体以竖向位移为主,并向后方岸侧倾斜,桩基顶部水平位移明显小于桩身下部水平位移,由于桩身弯曲,桩顶处受力最为不利;单排架模型与整体结构段模型中间排架各桩基的位移计算结果更为接近,最大偏差为5.46%,且采用单排架模型可显著提高计算效率,但不能反映出不同位置排架的变形差异。     

强度折减法在高桩码头岸坡稳定分析中的应用

高桩码头是近岸软土地基上最常见的港工结构类型,码头岸坡的稳定关系到码头的正常使用以及广大人民的生命和财产安全。采用有限元强度折减法对国内某高桩码头岸坡进行稳定分析,建立了有限元模型,计算过程中假定桩基与土体协同变形,土体采用Drucker-Prager屈服准则,以计算迭代不收敛作为边坡破坏的判断标准。给出了岸坡的安全系数、塑性屈服区和位移场,结果表明:桩基的存在使得岸坡更加稳定,桩基的支护作用使潜在的滑裂面向下移,高桩码头稳定分析应考虑桩基的抗滑稳定作用。     

反倾岩质库岸边坡渗流稳定性数值分析

在库水渗流作用下,水位变化会产生非稳定渗流,土体的渗透性质会影响土体中水压力分布.利用有限元Phase2软件,对不同水位情况下的反倾岩质库岸边坡进行渗流分析,研究库水水位变化速率和滑体渗透系数对岸坡稳定性的影响.当滑体渗透系数一定时,库水位变化速率越大,岸坡安全系数变化越明显.当库水位变化速率一定时,滑体渗透系数越小,岸坡安全系数变化越明显.当库水位下降速率越大,滑体渗透系数越大时,岸坡最容易发生失稳滑移破坏.     

干旱和局部渗水对膨胀土渠堤稳定性影响研究

为探究膨胀土渠堤表面风干、地下水位升高和侧坡渗水等因素对其稳定性的影响,防控由此引发的现场灾害,开展了填方渠坡室内模型试验,研究了南水北调渠堤膨胀土含水量波动对渠坡变形和裂缝发育规律的影响,分析了边坡变形值、裂缝长度宽度与含水率、时间和渗水位置的关系,揭示了膨胀土含水量波动的致灾过程和时空发育规律。试验结果表明：(1)旱季坡面水分蒸发导致渠坡表层200 mm深度内首先产生垂直坡表面的“V”形簇状纵向裂缝,后逐渐水平发育,坡面最大沉降值为4 mm, 15 d后沉降趋于稳定;(2)雨季渠堤下部地基水位抬升使渠堤底部膨胀土发生显著膨胀,渠堤整体抬升3.32 mm;(3)在渠堤侧坡渗水中心点附近土体含水量上升8%以上,坝堤内自由水沿纵横向不均匀扩散而引起土体各向不均匀膨胀变形,并在右坡坡脚处产生长400 mm、宽14 mm的宽大裂缝;(4)基于膨胀系数的地基变形计算公式可以较好地预测渠坡浸水后各位置的变形量,有助于依据土体含水量判别各点的变形状态,为渠堤稳定性分析提供参考。     

基于模型试验的涉水堆积体岸坡变形-破坏模式研究

为了进一步探究涉水堆积体岸坡变形-破坏模式,自主设计制作了模型试验平台,选取三峡库区碎石土样,测定了土样基本力学特性,开展了水位升降作用下堆积体岸坡的物理模型试验。依据试验现象,重点分析了不同坡度的岸坡模型在不同水位作用条件下的破坏模式。结果表明:坡度对岸坡变形-破坏特征影响显著,坡度较大(50°及60°)时,在水位上升期间便发生大规模塌岸现象,变形-破坏模式表现为水位上升→剥蚀、淘空↔塌岸→下错平台→整体滑塌→次稳定状态;坡度为40°时,在水位下降期间发生了较大规模的滑动破坏,对应变形-破坏模式为水位上升→坡体沉降→贯穿裂隙形成→水位下降→贯穿裂隙扩展↔滑面形成→整体滑移;岸坡坡度较小(35°)时,多次升降循环中并未出现明显的变形-破坏迹象。     

寒区预制混凝土衬砌梯形渠道弹性冻土地基梁模型

基于Winkler弹性地基梁理论及有限杆单元的思想,以单块预制板为研究对象构建其挠曲线微分方程并求解;在此基础上,考虑冻土-结构接触界面及预制板间填缝处的协调变形与相互作用,引入端部边界条件及板间连续性条件,同时砂浆填缝处弯矩为零,将多块预制板联系起来,构建预制混凝土衬砌梯形渠道弹性冻土地基梁模型。再由切向静力平衡条件导出切向控制方程并求解,最终获得衬砌板各截面法向冻胀位移与切向位移的解析表达式。以新疆北部某梯形渠道为例,对衬砌各截面法向冻胀位移、切向位移、接触面法向应力、切向冻结力及上表面应力进行计算。结果表明：本文模型计算的法向冻胀位移与观测值符合良好,与弹性支承法、杆系有限元法计算结果相比更接近观测值。上表面应力估算的易开裂范围与实地调查结果基本相符,表明了模型的合理性。由于存在不连续断面即砂浆填缝,衬砌板法向冻胀位移、接触面法向应力、截面弯矩和上表面应力均存在一定的起伏,出现正负交替现象。顶推力作用下坡板各截面均存在切向位移,且自坡脚向坡顶非线性减小,在坡顶达到最小值。     

降雨入渗条件下兰溪市某防洪古城墙稳定性分析

基于ABAQUS有限元软件,建立了兰溪市某防洪古城墙渗流边坡稳定分析模型,采用渗流应力耦合计算方法模拟了在降雨入渗条件下古城墙边坡孔隙水压力变化过程,并比较分析了有防渗设施、有排水设施和无排水设施对墙后土体渗流特性和古城墙稳定性的影响。结果表明:在降雨入渗条件下,有防渗设施和无排水设施的古城墙边坡土体的孔隙水压力不断增大,倾覆力矩也不断增大,不利于古城墙的稳定;有排水设施的古城墙边坡土体的孔隙水压力通过排水通道得到了大幅度的降低,倾覆力矩也随之减小,更有利于古城墙的稳定。     

基于强度折减理论的水位下降坝坡稳定性分析

为了能够准确地分析某水库在水位下降期坝坡的稳定性,基于非饱和土流固耦合理论和强度折减有限元法,利用Geo Studio数值模拟软件进行数值模拟,根据模拟结果对该水库在水位下降的情况下进行了边坡稳定性分析。结果表明:水位下降时,由于坝体孔隙水压力消散较慢,水位滞后于库内水位,从坝顶到迎水坡坡脚形成了塑性应变联通区域,特征点位移突变且位移等值线分布密集,表明此处为可能潜在最危险滑动面,并基于强度折减法确定了安全系数值。     

边坡软式透水管在不同淤塞度下的排水效应数值模拟

通过结合实际室内边坡试验成果,借助ＰＬＡＸＩＳ３Ｄ有限元软件建立边坡三维渗流模型,对软式透水管在不同淤塞程度的工况下的排水效应及其对边坡渗流场的影响展开研究。研究结果表明:边坡位移量从坡体内部逐渐向坡面发展演化,在透水管上方的坡面处位移变形量最大;渗流量随着软式透水管累积透水面积的增长而逐渐增加,透水管出水口处的流量最大,随透水管淤塞程度的增加,透水管的导水能力逐渐降低,即边坡坡体与透水管的总渗流量逐渐减少;透水管在较小程度的淤塞情况下仍可发挥部分排水功能,边坡渗流场的地下水位与孔隙水压力值有效降低,不会使坡体产生较大变形量。     

基于强度折减法的土石坝边坡稳定分析与探讨

在传统的土石坝边坡稳定分析中,通常采用简化毕肖普法或瑞典圆弧法,分别计算上、下游边坡的滑动安全系数,然后根据规范评判边坡的稳定性.本文应用有效应力原理,以初始应力方式将渗流场导入到位移应力分析中,基于强度折减法对坝体整体进行弹塑性分析;分别采用塑性区贯通和位移突变失稳判据,得到坝坡的最小安全系数,并将其与简化毕肖普法计算结果相比较.研究表明:采用强度折减法进行土石坝边坡稳定分析虽然是可行的,但仍存在一些问题.最后,对强度折减法在土石坝边坡稳定分析中存在的两个问题进行了初步的探讨.     

高土边坡抗滑桩加固的数值分析研究

在系统的分析了抗滑桩的作用机理和有限单元法计算原理基础上,结合实际工程,利用有限单元法,对高土边坡加固前后分别进行建模计算,通过对比分析加固前后位移云图和塑性区图,说明抗滑桩对高土边坡加固效果明显,同时也证明有限单元法对高土边坡稳定计算直观有效。     

垃圾土边坡失稳离心模拟试验研究

垃圾围城现象在中国十分明显,其潜在的危害是在极端气候和环境条件下,由于强降雨和渗滤液回灌引起有效应力降低,从而导致填埋体发生滑坡,甚至演化为流滑现象。本文根据中国城市垃圾土的特点,配置了垃圾土试样并制作模型,采用大型土工离心机针对不同龄期的垃圾土边坡在多种工况组合条件下进行了模型试验。为了使模型边坡在高加速度场下达到破坏,开发了变角度模型箱。在离心机转动过程中,通过调整模型箱的角度来增加边坡的坡度,直至垃圾土边坡模型达到破坏。试验过程中同时监测模型变形,通过数据分析,发现了垃圾土边坡变形及失稳的一般性规律。本文同时给出一种离心模拟试验中模型边坡安全储备的估算方法。     

基于原型监测与数值分析的深挖方渠道安全评估

针对深挖方渠道安全评估的难题,选取典型深挖方断面分析监测资料反映的渠坡运行状况,并使用ABAQUS软件开展有限元反演分析,基于实测资料和数值分析来评估深挖方渠道的渗流和变形,并以此为依据对深挖方渠道进行安全评价。结果显示:渠道区域地下水位较低,不会影响边坡衬砌稳定,渠水有微弱外渗,坡面渗水很可能来自局部含水层,渠坡渗流稳定;渠坡最大侧向变形小于40 mm,位于渠坡表层,实测位移与计算至失稳的位移值相比占比不到10%,尚无深层滑动迹象,渠坡变形有较大安全储备;强度折减法计算的渠坡稳定性安全系数为1.64,满足设计要求,抗滑桩和坡面梁结构支护效果好;渠道运行状况良好。研究结果表明,采用原型监测与数值分析相结合的方式,能较好的评估深挖方渠道的实际安全状态。     

凝灰岩高边坡二次开挖稳定性分析及防护技术优化

凝灰岩具有遇水后易软化、崩解导致的强度大幅度下降性质,施工容易产生坡体局部开裂、溜坍等病害。为解决惠深高速公路加宽改扩建工程中凝灰岩高边坡二次开挖的稳控问题,首先采用有限元软件分析凝灰岩高边坡开挖中失稳机理及影响因素,并提出了高边坡二次开挖加固技术,后结合现场边坡位移和支护结构应力联合监控的方法,评价凝灰岩高边坡加固后的效果。研究结果表明:三级边坡至五级边坡的初次浅层溜坍区,降雨为诱因,开挖卸荷变形为主因;削方卸荷后发生二次溜塌,降雨为诱因,未及时支护为主因。针对病害实况,在三级边坡溜坍区采取“素混凝土护壁+锚杆格梁”支护措施,加固施工完成后,4级平台水平位移测点最大水平速率为0.28 mm/d,平均速率仅为0.02 mm/d,支护结构的应力值亦在预警范围内且无明显波动,加固措施效果明显。     

南江县浅层土质滑坡降雨入渗规律与成因机理

为揭示土质滑坡中降雨入渗规律和滑坡成因机理,通过对四川南江县100多个滑坡进行现场调查、统计,选取二潢坪滑坡深入剖析典型滑坡成因机理,对降雨量、GPS累积位移、土体孔隙水压力、土体含水率等综合因素分析后,采用有限元数值法对滑坡的降雨入渗过程进行模拟。结果表明:浅层土质滑坡中孔隙水压力及含水率变化有明显滞后现象,降雨初期以垂直坡面入渗为主,一段时间后则以坡向渗流为主;斜坡中前缘孔隙水压力变化比后缘对降雨更敏感,其原因为前缘黏性堆积体、侧壁陡崖及基岩面共同构成斜坡储水边界;因滑体结构的各向异性,降雨过程中土体中局部孔隙水压力及渗流力瞬时剧增,土体饱水使得软黏土层发生软化,最终导致斜坡整体失稳。