边坡稳定分析最大原理的理论分析和试验验证

载于教科书的边坡楔体稳定分析方法,假定作用于两个滑面上的剪力平行与交棱线。潘家铮曾对这一假定提出质疑。他认为边坡在破坏时剪力应调整到发挥最大抗力为止。本文提出了一个边坡稳定楔体分析的广义解,可以允许输入剪力与交棱线的任意夹角,并证明在楔体按摩尔–库仑相关联法则变位,即剪胀角为摩擦角时安全系数获得极大,从而使楔体稳定最大原理得证。本文还介绍了使用离心模型试验对最大原理的验证成果。     

周家湾超薄防渗墙非稳定渗流分析

0概述我国堤防工程设计[1]规范规定在考虑背坡面的稳定性时,针对大江大湖采用稳定渗流方法计算浸润线和出口比降。这是考虑最不利渗透条件下河堤的稳定性,具有一定安全度的富余。但是由于河堤土质情况、断面条件、地下水条件、降雨多少、洪峰特性的不同,有些条件下河堤会很快到达稳定渗流阶段,并在这种最坏渗透条件下长期工作,容易发生各种渗漏及堤身管涌,诱发河堤的破坏。而在另一些条件下,河堤很难达到稳定渗流阶段,河堤的稳定性就比较高。从这种意义上,即使根据稳定渗流计算得到相同的安全度,如果达到稳定渗流阶段所需时间差异较大的话,实质上的堤防安全度是完全不同的[2]。但是在评价堤防除险加固效果时,只有在较高水头运行     

基于三维地质建模的复杂构造岩体六面体网格剖分方法

提出将三维地质建模技术与岩土工程数值模拟相结合,发挥三维地质建模在刻画地质实际上的优势,为数值模拟提供尽可能准确的地质模型;借鉴基于剖面的建模技术,形成了适合于六面体剖分的三维地质建模方法;在此基础上,利用多重映射网格,实现了复杂构造岩体六面体网格剖分;将该技术应用到杨村煤矿西淝河左堤下采煤可行性分析研究中,取得了较好的效果。     

地表水体下煤炭资源开采研究

在地表水体下进行煤炭资源开采的研究课题是一个跨煤炭、水利、地质和环境保护行业的综合性研究课题。随着《中华人民共和国水法》的颁布实施和国家对环境保护重视程度的加强,其研究内容应扩大,需把资源开采、保证水工结构安全和环境保护结合起来进行研究,真正达到各系统“多赢”的局面。近年来,许多大型水利工程的建设将不可避免地遇到穿越煤系地层的问题,比如,南水北调中线总干渠由南至北依次穿越禹县、新郑、焦作、邢台等矿区的14个矿井,压煤1.8502×108t。因此,在地表水体下进行煤炭资源开采的研究具有重大的理论和现实意义。地表水体下进行煤炭资源开采至少应关注以下几个问题:(1)煤层开采引发地表塌陷对水工结构稳定性及安全运行的影响;(2)煤层开采引发地表水体渗漏及水位骤降的问题研究;(3)煤层开采对研究区渗流场变化、水工结构安全的影响研究;(4)煤层开采对研究区环境破坏的影响研究等。结合申家庄煤矿扩大区在岳城水库库区下采煤的工程实例,采用理论计算、数值模拟、现场测量和工程类比相结合的方法对上述问题进行详细研究,论证在岳城水库下进行煤炭资源开采的可行性,从而为相关部门进行决策提供重要的科学依据。     

土石混合体三维细观结构随机重构及其力学特性颗粒流数值模拟研究

土石混合体是一种非连续、非均质、各向异性的土石混合多相介质,其力学性质极为复杂,与内部土石细观结构密切相关。从细观结构层次出发,运用计算机随机模拟技术,建立了一种基于不规则块石的土石混合体三维细观结构重构方法,并基于FORTRAN语言开发了相应的三维细观结构随机模拟系统(RMS3D),在此基础上,考虑块石的不规则形状,建立了土石混合体的离散元模型,并采用颗粒流程序对其开展了不同法向应力下三维直剪试验模拟,探究了块石空间分布对其力学特性的影响。研究结果表明:土石混合体的力学性质受内部块石空间分布影响显著,在相同级配和含石量下,不同块石空间分布的土石混合体试样的剪应力–剪切位移曲线和法向位移–剪切位移曲线均不相同,尤其是在峰后呈现出了明显的差异,且后者开始出现差异时相对于前者滞后;另外,受剪切面上块石阻碍的影响,由于试样内部块石空间石分布的不同,导致不同试样剪切破坏后所形成的剪切带的形态和厚度也存在一定的差异。     

基于围压柔性加载的土石混合体大型三轴试验离散元模拟研究

综合运用计算机三维扫描与随机模拟技术,建立了不同块石含量和空间分布的土石混合体三维随机细观结构模型和离散元模型,考虑围压柔性加载,基于柔性黏结颗粒膜方法,采用颗粒流程序对不同土石混合体试样进行了不同围压下的大型离散元三轴试验模拟,研究了块石含量和空间分布对土石混合体力学特性和变形破坏规律的影响。数值模拟结果表明:土石混合体的强度和抵抗变形的能力随含量和围压的增大而增强,且在相同含石量下,受内部块石空间分布的影响,试样的内摩擦角和黏聚力虽会表现出一定的离散性,但总体上,内摩擦角随着含石量增加基本呈线性增加,而黏聚力却随着含石量增加逐渐减小;在围压柔性加载下,土石混合体试样表现为鼓胀变形破坏,破坏后形成的剪切带为一个曲折条带,形态上呈非对称的X形分布,厚度约为试样高度的1/3～1/2倍,且试样的破坏形态及内部剪切带大小和分布形态不仅受块石含量和空间分布影响,而且也取决于围压大小;土石混合体试样在破坏过程中内部剪切带的形成是伴随局部颗粒的转动开始的,在应变到达峰值应变时,局部发生转动的颗粒相互连接贯通,此时剪切带已基本形成,此后随着应变继续增加,受峰后鼓胀变形的影响,试样内部颗粒的转动仍会发生一定的变化,同时伴随着剪切带大小和分布形态也发生相应的变化。     

两河口高土石坝动力特性振动台模型试验研究

土石坝坝体自身的动力特性,是土石坝在地震动作用下动力响应性状的重要影响因素。本文通过大型振动台模型试验,研究了两河口高土石坝缩尺模型坝的动力特性及其相关影响规律,并根据相似率,用模型坝的动力特性参数推算出原型高土石坝的相应动力特性参数。试验研究表明：在特定的地震动作用下,大坝结构的振型基本稳定;坝体的自振频率、阻尼比和振型系数等动力特性参数受振动强度、振动历史和水库是否蓄水等因素影响。     

混凝土面板坝面板变形模式与水平向挤压破损研究

研究了混凝土面板在横断面内的变形模式和概化方法,探索了面板变形与面板坡向应力的关系和面板坡向应力的产生机制,揭示了时间、库水位等外部条件对面板坡向应力变形的影响模式,发现坝体变形导致的面板顺坡向挤压或拉伸是面板应力的主要来源。以三板溪面板堆石坝为例,研究了面板水平向破损原因,坝体较大的流变变形引起的面板顺坡向变形是面板较大坡向应力的主要来源,面板在库水推力作用下的局部弯曲变形、一期面板先期浇筑后坝体沉降的影响、特殊地形导致的面板水平向高应力以及垫层亏坡等造成的面板既有弯曲等都增大了面板坡向应力,并导致面板在结构存在缺陷的一、二期面板施工缝处发生破损。     

深厚覆盖层上土石坝动力分析黏弹性边界处理方法

当覆盖层地基深度相对其上土石坝坝高较大时,大坝动力分析计算中常将覆盖层地基截断,只取临近坝体部分覆盖层地基连同坝体一起作为计算分析对象。用黏弹性边界条件代替固定边界条件,可以消除或有效降低由于截断边界造成外行波无法透过边界而引起的计算误差。本文采用施加等效地震惯性力的方法实现黏弹性边界条件下的地震动输入、采用等效线性化方法反映覆盖层地基边界上黏弹性边界条件的非线性特性,建立了基于黏弹性边界条件的深厚覆盖层上土石坝动力反应分析方法。研究表明:施加等效地震惯性力的方法可以简单而有效地解决黏弹性边界条件下的地震动输入问题;固定边界条件大幅提高了坝体在地震作用下的动力反应水平,使得计算的结果偏于安全。     

导水断裂带发育高度的数值模拟

结合工程实例,采用ANSYS-2D,FLAC-2D和FLAC-3D程序对导水断裂带发育规律进行了大量计算和分析,认为:ANSYS-2D宜采用主应变指标来确定;FLAC-2D宜采用塑性区范围来确定;FLAC-3D宜采用应变增量（曲率）指标来确定.