基于数值模拟分析的土石坝泄洪与蓄水过程安全预测

针对土石坝在泄洪及蓄水过程中较易诱发影响其稳定性的突发事件的部分因素,利用数值分析法模拟了其作用机理,找出了一些可利用的规律。据此,可在不知泄洪或蓄水可能在某一状态会带来不良后果的情况下去预测坝体在水位达到一定高度时的破坏状态,旨在为工程提供一定的加固依据,达到防灾减灾的目的。同时,利用有限元分析方法分析可能的危险状态下坝体内部系统作用状态,从理论上进一步验证在该状态下的坝体稳定状况。     

锦屏二级水电站地下洞室开挖围岩卸荷效应分析及工程应用

根据工程地质条件,基于卸荷岩体理论对锦屏二级水电站地下洞室进行开挖数值模拟计算,以桩号厂右0+000.0剖面为主要研究对象,结合变形监测资料进行卸荷区的划分,分析围岩在开挖、卸荷、加固各工况下的塑性区演化过程。数值计算结果表明,监测点的监测位移与计算位移吻合情况较好。以主厂房第二步开挖全过程为例,可知开挖工况下围岩强卸荷区出现的塑性区在卸荷工况下进一步扩大,而在锚索加固完成后,塑性区基本消失。这说明强弱卸荷区的划分较为合理,建立的模型适当,设计锚固方案有效可行。     

重复剪切作用下节理强度和形貌特征劣化规律

为了分析重复剪切作用下节理面剪切力学特性及微观形貌特征劣化规律,制备了单节理砂岩试样,考虑4种法向应力分别进行了6次重复剪切试验。研究结果发现:(1)在重复剪切作用下,节理面剪应力–剪切变形曲线变化特征明显,经过2~3次剪切,不再出现明显峰值,剪切硬化现象明显,残余抗剪强度逐渐趋于稳定;(2)随着重复剪切次数增加,节理面的抗剪强度劣化趋势明显,呈先陡后缓的劣化趋势,前2次剪切的劣化幅度占总劣化值的65%以上,而且法向应力越大,抗剪强度劣化幅度和劣化速度越大;(3)在重复剪切作用下,节理面上相互咬合的微凸起和凹陷部分发生切齿、磨损和填充,节理面的凹凸起伏程度逐渐减小,使得其形貌特征参数及粗糙度系数逐渐降低,进而导致其剪切力学特性逐渐劣化;(4)建立了重复剪切作用下节理面粗糙度系数劣化方程,结合N.Barton提出的结构面抗剪强度经验公式,建立了考虑重复剪切作用的节理面抗剪强度计算公式,结果表明计算值与试验值吻合的较好。     

武隆鸡尾山滑坡形成机理数值模拟研究

2009年发生的重庆武隆鸡尾山滑坡,因滑源区斜坡岩层整体缓倾山内,缺乏有效的临空面和滑移空间,因此,在滑坡孕育过程中存在前缘岩溶带压缩变形、底部剪切滑移、后缘拉裂以及最终前缘关键块体(岩溶带)侧向剪断滑出等一系列的复杂动力学行为。这一过程存在显著的连续变形向非连续变形的过渡与转化,单纯用连续介质的有限元和离散介质的离散元来分析模拟都很难取得较好的效果。为探究鸡尾山滑坡的孕育过程和失稳机理,运用将连续–非连续单元有机耦合的大型数值模拟软件CDEM,模拟鸡尾山滑坡的失稳过程和形成机制。研究表明:滑体前方岩溶发育带具有"可压缩性",为滑体运动提供了一定的变形空间;滑源区下方的采矿活动产生应力重分布,滑带抗剪强度降低,滑体沿其底部软弱带发生剪切蠕滑,并逐渐形成滑体后缘拉裂缝;滑动块体在向前滑移过程中不断挤压向前缘"易压缩带",坡体应力自组织调整,并逐渐在前部三角区形成垂直的第二破裂面,前缘抗力体(关键块体)形成,最后剪断岩溶带个别与稳定山体咬合岩块,整体失稳破坏。数值模拟结果较好地揭示了武隆鸡尾山滑坡前缘视倾向展布岩溶带"软基效应"所提供"准临空面",重现了鸡尾山滑坡"蠕滑—拉裂—压缩(压碎)—剪切滑出"的致灾机理。     

不同煤体结构煤的吸附性能及其孔隙结构特征

煤的吸附能力是决定煤层含气量的重要参数。采用沁水盆地东南部赵庄井田二叠系山西组3号煤4个不同煤体结构的高煤阶煤样,通过等温吸附试验分析了不同煤体结构煤样在不同温度和压力下的吸附性能;同时对不同煤体结构煤样进行了低温液氮吸附实验,分析了不同煤体结构煤的孔隙结构特征,从煤体孔隙结构层面分析了不同煤体结构煤的吸附控制机理。结果表明：煤样升压吸附符合Langmuir等温吸附方程,饱和吸附量随煤体破坏程度的增加而增高,随着温度的增高而降低。随着煤体破坏程度的增高,孔容和比表面积也相应增大,孔容主要由中孔贡献,比表面积主要由微孔贡献,糜棱煤的孔容和比表面积在不同孔径阶段均最大,其次为碎粒煤、碎裂煤和原生结构煤;低温液氮吸附实验结果与等温吸附试验反映一致规律,这些说明,在同一地质条件下,煤体结构破坏越严重的地区煤层含气量越高。     

南水北调中线膨胀岩膨胀特性试验研究

南水北调工程中经常遇到膨胀岩,膨胀岩的膨胀性对膨胀岩开挖料的循环再利用以及膨胀岩地区换填土的施工都有很大的影响。针对这个问题,对南水北调中线膨胀岩进行了膨胀性试验研究。试验结果表明:存在一含水率拐点,当膨胀岩的初始含水率小于拐点含水率时,其膨胀率随时间的关系曲线分为4个阶段:直线匀速膨胀阶段、直线快速膨胀阶段、减速膨胀阶段、膨胀缓慢稳定阶段。其中直线快速膨胀阶段其膨胀速度大于直线匀速膨胀阶段膨胀岩的膨胀速度。当膨胀岩的起始含水率大于拐点含水率时,其膨胀率随时间的关系曲线将没有直线匀速膨胀阶段,只有后面3个阶段。随着初始含水率的增加,膨胀岩的膨胀率逐渐减小。但是不同的膨胀岩试样初始含水率与膨胀率之间的关系曲线不同。随着上覆压力的增大,膨胀岩膨胀率逐渐减小。当超过某一压力时,岩样不但不会膨胀,反而会被压缩。这一试验结果,可为对膨胀岩地区的施工提供一定参考依据。     

坝基软岩流变试验研究及其长期稳定性分析

为了解亭子口水利枢纽坝基泥质粉砂岩流变规律,采用RLW-2000三轴流变仪对泥质粉砂岩进行三轴压缩流变试验。试验结果表明:较低应力水平下,泥质粉砂岩轴向流变较侧向更为显著,随着应力水平升高,侧向流变发展迅速,试样破坏前侧向流变增幅为轴向的2倍左右。基于试验结果,得到流变速率与应力水平及围压的关系,分析流变破坏模式,掌握了泥质粉砂岩三轴流变基本力学特性。利用文献[6]中的非线性损伤流变模型进行流变力学参数辨识,并利用获得的流变力学参数模拟亭子口水利枢纽坝基蓄水后长期运营条件下的流变力学特性。     

库水和降雨联合作用下岸坡稳定影响因素敏感性分析

库岸边坡的稳定性受众多因素综合影响,其敏感性分析一直是相关研究的重要内容。以三峡库区某库岸边坡为研究背景,根据边坡监测变形,确定了库水位下降速率和降雨强度为主要外部影响因素,采用敏感性系数法,进行了单一因素敏感性分析以及双因素联合作用下的敏感性分析。结果表明:单因素作用时,库水位下降速率对边坡的稳定性影响更为显著;在库水位下降的过程中叠加降雨作用,边坡的安全系数明显降低,各影响因素的敏感性逐渐增大,说明联合作用对库岸边坡稳定的影响显著。因此在库岸边坡的稳定性研究中,应该根据外界影响因素进行综合分析,重点考虑各因素的联合作用,这样才能更好地评价边坡的稳定情况。研究成果可为库岸边坡的稳定性评价和治理提供参考。     

干湿循环作用下砂岩的劣化及破坏特性研究

针对干湿循环作用下消落带砂岩岩体强度衰减易导致砂岩边坡失稳的问题,以三峡库区秭归县沙镇溪典型库岸边坡砂岩试样为研究对象,采用浸泡—烘干处理方式模拟岩石干湿循环过程,将试样分组进行单轴压缩试验和直接剪切试验研究,并通过数值模拟,从变形的角度分析破坏过程。结果表明:干湿循环对砂岩的劣化作用在初期表现强烈,随着循环次数增加,作用逐渐减弱;在相同循环条件下,砂岩的极限抗剪强度随法向应力的增大而增加,相同法向应力作用下砂岩极限抗剪强度随干湿循环次数的增加而减小;粘聚力和内摩擦角随着干湿循环次数的增加而逐渐减小,总劣化度逐渐增大。试验结果对水库砂岩边坡稳定性分析具有较强的参考价值。     

基于横观各向同性模型的片岩隧洞稳定性研究

以四川大渡河丹巴水电站引水隧洞为研究对象,结合三轴试验和自主研发的空间多角度片理抗拉强度测试技术,对不同片理夹角下石英云母片岩的力学参数进行测定,得出石英云母片岩的弹性模量、c和φ与围压之间的关系,并分别给出干燥和饱和条件下各力学参数围压敏感性排序。通过表征各向异性的参数k_1、k_2,对不同片理夹角下石英云母片岩的各向异性与围压的关系进行评价,并进一步指出不同高度岩样抗拉强度随片理角度的变化规律。采用横观各向同性本构模型,通过设定材料主轴空间方位,可模拟片理空间任意角度展布的岩体。针对大区域模型存在的不足,提出一种主应力构造精细应力场的新方法,避免了大模型的应力边界效应,可方便快捷对局部区域进行精细应力构造。根据片理走向及不同倾角选定15个不同片理空间展布模型进行计算分析,分别得出应力、位移、塑性区随片理角度的变化规律,并指出不同片理展布条件下的最不利工况。