斜坡失稳及其启程速度的折迭突变模型

临滑斜坡内聚集了巨大剪切形变能,坡体临滑释放的形变能大于滑带岩体破裂、贯通所需能量的部分,将转变成滑体弹冲剧发的动能.将坡体视为变形体,计算了重力作用下简化坡体模型的剪切形变能,计入滑带厚度,建立斜坡失稳的折迭突变模型,对滑体启动方式进行分析.研究表明,当坡体剪切刚度k小于滑带锁固段岩体抗剪力曲线软化段拐点处刚度|Q'(u1)|,即系统刚度比K=k-Q1(ut)<1时,滑动为剧动式滑坡.给出了滑体弹冲的动能表达式,由此得到的滑体弹冲剧发速度、加速度关系表明,滑体的启程弹冲效应与滑体规模成反比,给出剧动式滑体启程速度的算例.用格林公式证明了临滑坡体剪切形变能释放量,可以用折迭突变模型中的几何图形来表示.当参数变化使系统剐度比K=k-Q1(ut)≥1时,所建立的突变模型可以对缓动式滑坡进行描述.     

“5·12”汶川地震滑坡特征及失稳破坏模式分析

“5·12”汶川特大地震不仅大幅度降低了地震区斜坡的稳定性,而且还诱发了大量滑坡等地质灾害。通过对灾区地震滑坡灾害进行野外深入调查,对“5·12”大型典型地震滑坡的基本特征等进行归纳、总结,并以青川县东河口滑坡为例,对该大型滑坡的基本特征及失稳破坏模式进行分析。分析得出,东河口滑坡是一个强震作用下的高速远程型坡体运动,其运动阶段大致可分为启程滑动、近程飞越、碰撞和远程流动3个阶段。该滑坡的失稳破坏模式可简单概括为拉裂→裂纹扩展、趋于贯通→斜坡失稳、凌空滑出→滑坡解体、流动→堆积。     

不平衡推力法与简布法的比较分析

采用传统的不平衡推力法及Janbu(简布)法改进之后对应的部分强度折减法,分别对杨家沱滑坡稳定性进行了分析,对比研究结果可得:经折减后的不平衡推力法和简布法计算出的推力均随临界状态点位置变化呈现增长趋势,当最后一个条块达到临界状态时,此时算出的稳定系数则是滑坡的整体稳定性系数。计算出简布法的强度折减稳定系数比不平衡推力法大,同样可界定滑坡的稳定状态,演示了滑坡的逐步渐进破坏过程。     

剪切稠化流体在偏心圆环通道中的流动特性研究

本文以幂律因子n>1剪切稠化流体为研究对象. 针对剪切稠化流体的表观黏度随剪切速率变化呈现高阶非线性特性的问题,在非结构化网格中运用基元中心法对非线性粘性系数进行离散,并采用有限体积法对剪切稠化流体在偏心圆环通道中的充分发展层流进行数值计算. 结果表明,流体的幂律因子增大,会使基于达西摩擦因子(f)表示流体流动特性的fRe(Re为雷诺数)数值显著增大. 流体通道偏心率的增大会使流动分布不均,且fRe数值会随着通道偏心率的增大而减小,增大半径比会使流体通道的流速增大,但对fRe数值的影响却很小.     

基于GEO-Slope/W的土质高边坡稳定性分析

GEO-Slope/W软件可综合考虑地下水、土体裂缝、坡顶堆载等因素,能够对复杂土层、任意滑动面形状及多种孔隙水压力状况建立二维计算模型分析边坡的稳定性.本文以河南航空港区某一老旧办公区域的土质高边坡为例,通过对任意形状滑动面的计算假设,设定滑动坡面为自由边界、底部为固定约束边界、四周为自由边界来建立滑坡计算模型,选取两个典型边坡剖面,分析其在自然状态和饱和状态下的最危险滑动面、对应滑动圆心以及相应的最小稳定安全系数.结果表明:边坡在饱和状态下的稳定系数比自然状态下的降低了0.10~0.11,验证了含水量的增加对土质边坡的稳定性影响较大的结论;模拟分析得典型坡面的最大稳定系数为0.84,远小于滑坡允许稳定系数1.2~1.3,说明该边坡处于极不稳定状态,与现场勘查情况相吻合.另外,提出采用混凝土挡墙加喷锚支护提高土体抗滑力,防止雨水对坡体的浸润破坏;或用削坡、人工植草、浆砌石防护坡脚等措施来减轻坡体荷载,保持边坡稳定.     

冻土区融沉滑坡对埋地管道的应力影响

位于冻土区斜坡带的埋地管道,当冻土发生融沉现象时,因土体沿斜坡向坡底滑动形成冻融滑坡,其应力分布受到很大影响,可能会导致管道应力集中甚至塑性变形的现象。针对位于角度不同的冻土区斜坡带的埋地管道,当管道受到冻土融沉和冻融滑坡影响时,对管道的应力变化情况进行了数值模拟,分析了斜坡带埋地管道的应力分布,研究了斜坡角度和融沉长度对管道应力的影响。研究发现,受到融沉滑坡影响,管道不同位置呈现不同的应力形式,且斜坡角度影响不同位置管道所产生的应力。研究结果可为埋地管道的安全运行与施工建设提供理论依据。     

平敞型高速远程滑坡碎屑流运动与堆积演化规律研究

尼续村滑坡发育于藏南亚东-谷露裂谷带中段开阔的半地堑盆地边缘,堆积区为平坦河谷地貌,属于典型的“平敞型”岩质高速远程滑坡,堆积演化序列完整且保留至今,研究该滑坡有助于揭示这一类高速碎屑流运动与堆积演化机制。本课题对尼续村滑坡各组成部分开展了详细地面调查,结合地球物理方法揭示了源区斜坡破坏基本特征与破坏机理,通过遥感解译与堆积物颗分试验揭示了滑体演化各阶段碎屑物质的空间展布规律。通过研究提出,尼续村滑坡的高速碎屑流转化过程可划分为三个阶段,即在源区斜坡段的滑坡结构碎裂化阶段、中部滑动区的物质结构碎屑化阶段、前缘区域的碎屑流流态化运动与堆积阶段,相对应的滑体结构具有碎裂化-碎屑化-流态化的阶跃式转化过程。中部与前缘区域的碎屑流以内部或底部的层状剪切破碎为主,使得碎屑流在“摊薄效应”下继续运动与纵向扩展,而碎屑流运动由“干”的高速流态化转为固态静止的过程极为迅速,从而保留有连续脊丘与线槽等特殊流体性质下的堆积地貌形态。研究认为,地震发生后受源区斜坡结构所控制产生明显的解体与破坏,按照由前至后的序列下滑运移,受滑体自身势能条件控制,自源区而下的滑体在堆积过程中产生了由左至右、由近及远的叠加堆积过程,这是尼续村滑坡堆积范围向下游明显偏转的主要原因。     

基于部分强度折减法的白果树滑坡稳定性分析

基于传统强度折减法,提出部分强度折减法思想结合不平衡推力法,简述相关计算方法及物理意义,应用白果树滑坡模型分析该滑坡目前的稳定性系数和可能的渐进破坏稳定性系数。研究结果表明:部分强度折减法相对于传统强度折减法更能够近似反映出滑坡的渐进破坏发展趋势,临界状态点在逐渐前移的同时,相关不平衡推力也对应着逐渐增大,且当临界状态移动至最后一条块时,经计算所得出的稳定性系数即是滑坡的整体稳定性系数。     

与热泵结合的预冷型溶液除湿空调系统性能研究

提出一种与热泵结合的预冷型溶液除湿空调系统,利用室内回风作为再生空气、热泵冷凝热预热再生空气和再生溶液、冷冻水预冷除湿前溶液.建立了与实验数据具有良好吻合度的系统整体数学模型,模拟研究了系统再生侧热泵冷凝热分配比φ、再生空气回风比R_hf以及除湿侧冷冻水入口温度t_w,in的变化对系统性能的影响. 结果表明,随着φ的增加,系统的再生能力、除湿能力与性能系数均会下降. 随着R_hf增加,系统的除湿量和系统性能系数分别上升了30.95%和20.07%. 当t_w,in升高时,再生侧的调节能抑制系统除湿能力的进一步下降. 研究结果为溶液除湿空调系统的优化提供思路.     

金沙江白格滑坡裂缝区失稳概率分析

金沙江上游白格滑坡于2018年10月10日和11月3日连续发生两次滑坡堵江-溃坝事件,给沿岸居民带来巨大灾害。滑坡发生之后,在滑坡体后缘形成3个裂缝区,存在再次滑坡堵江的可能。鉴于白格滑坡岩土体试验数量有限,试验成果不能反映坡体抗剪强度参数的统计特征,本文针对白格11.03滑坡,采用基于极大似然估计的优化算法,对滑坡岩土体的抗剪强度参数进行了反演,并利用反演参数,采用蒙特卡洛方法对滑坡后缘裂缝区进行了可靠度计算和稳定性评价。研究表明：（1）将响应面法与基于极大似然的概率反分析方法结合起来对滑坡体参数进行反演,计算过程简便,计算方法适应性强。（2）根据白格11.03滑坡反演得到的滑坡岩土体抗剪强度后验分布为c~N(13.05kPa, 32),tanφ~N(0.64, 0.042),计算结果表明通过反演可以降低先验参数的不确定性。（3）采用自动搜索最危险滑动面的方法得到了各裂缝区的局部破坏模式。计算得到的最危险滑动区范围与现场调查及监测得到的失稳区范围基本一致,且局部破坏模式下的破坏概率均明显大于整体破坏模式,表明裂缝区破坏以渐进牵引破坏为主,与实际的裂缝发展规律及破坏模式一致。（4）白格滑坡后缘3个裂缝区的潜在失稳区域C1-1、C2-1和C3-1的体积分别为7×105 m3、3.2×106 m3和1.3×106 m3,对应的失稳概率分别为21.70%、33.90%和27.30%,均为极高危险性。因此,有必要对滑坡堵江-溃坝洪水灾害链进行风险评价,并提出合理的处置措施和应急预案。     

求解边坡安全系数的离散元法

结合强度折减法的思想和离散元法的特点,提出一种求解岩体边坡安全系数的方法.采用关键点位移/速度时程曲线的变化趋势对边坡的临界状态进行判断,采用失稳状态时坡体的速度/位移矢量图来判断与安全系数对应的滑动面.将上述方法运用到钟家湾顺层边坡的稳定分析中,并将所得结果与极限平衡法计算结果进行了对比,发现二者的计算数值相差较小,对比结果表明该方法是合理可行的.     

岩质边坡稳定分析三维与二维的比较

提出岩质边坡沿软弱结构面滑移一剪切的三维稳定分析方法。在分析模型中,下滑体沿滑动面下滑,在其他的面上则产生剪切破坏。在结构面上满足莫尔库伦破坏准则,把剪切面上的摩阻力向下滑方向投影,由下滑体的力学平衡条件求解出未知力,通过迭代可以求得稳定系数。同时推导了摩阻力倾向与倾角的计算式,编制了相应的程序,并利用这个程序,研究了边坡长度、岩层与坡面夹角等因素对边坡稳定系数的影响,比较了三雏分析与二维分析的差别。     

西安白鹿塬北缘黄土边坡稳定的可靠度分析

在西安白鹿塬北缘实测了14个黄土自然边坡断面,建立了地质模型,通过采样测试并收集已有的测试资料,获得了各时代黄土地层的物理力学参数,将Morgenstern-Price法稳定性计算公式作为极限状态方程,分别采用Monte-Carlo法和Duncan法进行了边坡稳定的可靠度分析。结果表明:采用Monte-Carlo法和Duncan法得到的14个边坡稳定系数分别为1.11～1.41和1.09～1.33,显示这些边坡处于基本稳定—稳定状态; 采用上述两种方法得到的边坡可靠指标分别为0.56～1.79和0.39～1.60,得到的失效概率分别为3.4%～29.0%和5.5%～34.8%,并且共有75%的边坡失效概率大于10%,失效可能性较大。统计结果表明:白鹿塬区边坡的坡高和坡度存在负相关性。低而陡的边坡潜在最危险滑面剪出口较高,失效概率较小; 坡高达到50 m及以上时,边坡高而缓,剪出口较低,失效概率较大,其中河流下切深,有N₂泥岩出露的极高边坡,稳定性最差。Duncan法求解的稳定系数略小于Monte-Carlo法求得的结果,而前者求解的失效概率略大于后者,两种方法计算结果较为接近。由于Duncan法理论简单,计算量小,更宜于在实际工程中应用。     

LEM-DEM coupling for slope stability analysis

Slope stability analysis is a keen area of interest to researchers of geotechnical engineering and geological hazards. To date, the most popular approach applied in slope engineering design is the limit equilibrium method (LEM). However, for this method, some assumptions are required when obtaining the sliding force and the resistance force on the slide face. The discrete element method (DEM) presents an advantage in the calculation of the interaction forces between adjacent blocks without assumptions. This paper introduces a new slope stability analysis based on coupling of both approaches, herein referred to as LEM-DEM. The main LEM-DEM procedure is to transform the slice model of a slope in LEM into the DEM model and obtain the sliding force and the resistance force to calculate the factor of stability (Fos). The sensitivity analysis of the parameters in DEM, such as normal and shear stiffness, was conducted to illustrate that LEM-DEM suggests higher contact stiffness. A comparison between the Fos values in DEM and LEM-DEM was also conducted to indicate the rationality and advantages of LEM-DEM, especially for a gentle slope with a changing shear force direction in the slice model where the interslice forces in LEM are unreasonable. Furthermore, this study carried out a 3D landslide stability analysis extension, along with the results, for the proposed method.     

Effect of rock mass structure and block size on the slope stability--Physical modeling and discrete element simulation

This paper studies the stability of jointed rock slopes by using our improved three-dimensional discrete element methods (DEM) and physical modeling. Results show that the DEM can simulate all failure modes of rock slopes with different joint configurations. The stress in each rock block is not homogeneous and blocks rotate in failure development. Failure modes depend on the configuration of joints. Toppling failure is observed for the slope with straight joints and sliding failure is observed for the slope with staged joints. The DEM results are also compared with those of limit equilibrium method (LEM). Without considering the joints in rock masses, the LEM predicts much higher factor of safety than physical modeling and DEM. The failure mode and factor of safety predicted by the DEM are in good agreement with laboratory tests for any jointed rock slope.     

Effect of rock mass structure and block size on the slope stability——Physical modeling and discrete element simulation

Rock slope has many geological structures with different sizes, configurations and mechanical properties such as joints, fissures, faults, shear bands and so on[1]. These geological structures may make the slope unstable, producing toppling, fracturing or sliding failures. A lot of investigations have focused on the stability of jointed rock slope, however, the mechanisms on the progressive failure of jointed rock slope is still an open issue in either physical modeling or numerical simulation…     

基于砂土状态和细观特征的剪切带倾角公式

剪切带扩展方向的确定是岩土体渐进破坏分析的关键.系统收集国内外文献中各类砂土剪切带倾角的平面应变试验结果,将其与现有的剪切带倾角计算方法的结果进行对比,发现现有方法的计算值与试验值偏离较大,计算误差不可忽略.提出考虑砂土颗粒形状、密实度和有效平均正应力等影响因素的剪切带倾角经验公式,表征各类砂土破裂发展方向,定量描述土体状态对剪切带倾角的影响.提出的公式适用于各类砂土的剪切带倾角计算,公式各参数物理意义明确,且均可由常规物性试验和室内单元体试验测得.研究表明,由提出的公式得到的理论值与试验值偏差基本在-5°~5°,平均误差、标准误差和均方误差等统计指标约为现有其他方法的1/3,且不同密实度或有效平均正应力下的倾角变化规律与试验结果一致.     

岫岩小虎岭破碎带边坡稳定性分析

以岫岩小虎岭工程边坡为例,为了评价和研究含破碎带的岩质高边坡稳定性及抗滑桩加固效果。通过现场大型直剪试验和室内试验获得计算参数,基于数值模拟采用有限元强度折减法分析其稳定性并获得安全系数。结果表明破碎带是影响边坡稳定的主要原因,边坡塑性贯通区与破碎带形状一致;自然状态下安全系数为1.01,属欠稳定坡,采用抗滑桩加固后安全系数提高至1.72;安全系数在一定范围内随破碎带土体的c、φ值的增大而增大。     

公路隧道正交下穿边坡与软弱夹层围岩稳定性分析

为分析山岭地区公路隧道-正交体系下，围岩内含软弱夹层导致施工过程易发生衬砌变形开裂甚至隧道塌方等问题，以某隧道边坡拟扩建公路为工程背景，基于抗拉剪强度折减法理论，采用FLAC^3D有限差分软件，研究不同边坡坡度和隧道埋深对该隧道-边坡围岩稳定性和安全系数的变化规律。结果表明：随着边坡坡度的不断增大，围岩最大剪切应变数值和分布范围逐渐增大，塑性区范围不断增大，围岩稳定性安全系数不断减小。随着隧道埋深的增大，围岩最大剪切应变数值先增大再减小后增大，但剪切应变范围不断增大，塑性区范围不断增大，围岩稳定性安全系数呈现先减小再增大。当无软弱夹层时计算的安全系数最大，当存在软弱夹层时，采用非同步折减法理论计算的安全系数比同步折减法较高。     

流固耦合作用下节理岩质边坡失稳过程的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope对渗流与应力耦合作用下的软弱互层岩质边坡稳定性进行了数值模拟分析,数值模拟不但直观形象地给出了边坡的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了边坡滑移破坏面的萌生、扩展、贯通以及坡体整体失稳的渐进破坏过程,同时求得安全系数。并与无地下水的稳定性作了比较,结果表明,地下水渗流的作用使坡体位移增大,边坡安全系数减小,明显加大了滑坡范围。对实例的分析说明,RFPA-Slope能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及计算相应的稳定安全系数,本文方法对于边坡,特别是对于复杂边坡的稳定性分析具有实用性。