蓄水期库岸古滑坡的水动力学响应监测——以三峡库区泄滩滑坡为例

水库岸坡失稳是伴随水电工程建设而产生的一种地质灾害，一般认为主要是由于水库蓄水或运营导致岸坡水动力条件的不利演化造成的。国内外水库岸坡失稳的实例很多，但是岸坡的水动力条件演化过程主要以渗流计算所获得的渗流场作为依据，缺乏系统完整的现场监测资料。以三峡水库蓄水为契机，在湖北秭归县泄滩古滑坡体上建立了一套自动水文监测系统，监测内容包括水库水位、滑坡体水位、渗压与降雨量等。从监测成果来看，岸坡的水位(或渗压)上升速度明显滞后于库水位上升速度，滞后时间与岸坡的渗透性有关，滑带、滑坡影响带和基岩的渗透性相对较弱，滞后时间较长，但是滑坡体的渗透性良好，滞后时间较短；水位观测井的观测成果存在误导，需要结合观测井结构进行分析，建议尽可能使用标准管结构；降雨引起的滑坡体水位上升量和滞后时间与降雨强度关系密切，降雨强度越大水位上升量越大，水位开始上涨的时间越短。因此，对降雨的影响分析有必要考虑雨型，确定合适的基准时间单位。就泄滩滑坡而言，以小时为基本时间单位较为合适。     

唐家山滑坡变形运动机制的离散元模拟

 地震是滑坡灾害的一个重要触发因素,而这类形式的滑坡通常危害较大。以汶川地震触发的唐家山滑坡为例,在野外现场调查基础上,采用离散元数值模拟技术,对滑坡由变形累积到破坏滑动的全过程进行模拟,以研究地震作用下顺层岩质滑坡的变形破坏过程。结果表明：在地震力及滑体重力作用下,坡顶首先形成应力集中,滑体沿中后部的软弱面产生蠕变变形,随着持续的地震动力输入,应力不断向中前部的锁固段集中,使得变形沿接触面不断向坡脚方向扩展,最终从坡脚剪出,破裂面贯通形成滑带;通过滑动过程模拟表明,唐家山滑坡运动模式为：启动→高速滑动→碰撞停积→自稳过程,滑坡滑动过程中,斜坡表层部分块体在地震水平力作用下发生临空抛射现象,表层岩体在滑动过程中,受地震竖向作用力而发生垂直抛落现象;地震力作用下坡体中质点加速度、速度具有高程放大效应,表现为水平加速度放大系数大于竖向加速度放大系数、水平速度放大系数大于竖向速度放大系数,对比结构面监测点和基岩监测点加速度、速度放大系数,表明滑坡启动时具有较大的加速度,也说明不连续结构面对岩质边坡的动力反应起着控制性作用。     

三维地应力测量及地质力学分析

 针对地应力场测量给出的区域最大主应力方向常常有争执，且不同的测量方法结果也不同。采用现场测试和地质力学对地应力场进行分析，以研究工程两侧坝肩岩体的稳定状况并为其设计与施工提供可靠的理论依据。现场测试采用套孔应力解除法，使用36–2型钻孔变形计采集数据，结合室内弹模试验，分析计算得出坝肩岩体地应力的大小、方位、倾角，并对计算结果进行分析，得出工程区地应力的分布特征。地质力学分析方法对场区共轭剪节理和断层面的产状、擦痕侧伏角及移位等地质信息进行分析，引入赤平投影分析计算原岩主应力方向。通过这两方面的对比研究，结果表明：(1) 实测原岩应力与地质力学分析结果基本吻合，可靠性较高；(2) 场区测点处应力作用方式以地形地貌与构造应力综合控制为主导，最大主应力大小为11.8～20.8 MPa，总体方位左岸为NW～NNW，右岸为N～NNE，方向在坝肩两侧基本上与峡谷壁面平行，向峡谷侧下方倾斜；(3) 场区三向应力状态应属潜在走向滑动型。     

碎石对土石混合体无侧限力学特性影响研究

土石混合体通常是构成库区边坡、滑坡及坝基的主要岩土体材料,其物理力学性质要较一般的土体或岩体更复杂,是目前岩土力学及地质工程界共同面临的难题.通过制备一定含石量的土石混合体试样进行无侧限条件下单轴压缩试验,研究了碎石对土石混合体单轴压缩强度及变形破坏模式的影响;结合数值模拟方法,进一步分析碎石分布对土石混合体整体强度的影响机制.研究成果表明:土石混合体的单轴抗压强度及变形破坏特征受含石量及碎石分布的控制,随着含石量的增加,单轴抗压强度降低,破坏模式由单裂纹开裂变为多裂纹开裂破坏,同时裂纹贯通时间有所增加.     

土与结构相互作用的可视化剪切试验装置研制及应用

 土与结构的相互作用是岩土工程中普遍存在的力学问题,在已有大型直剪试验系统平台上,设计局部可透视的刚性剪切盒和数据采集分析系统,研制相应的设备。在接触面力学参数可靠获取的基础上,通过高清数码摄像实时采集剪切试验过程中接触面剪切带的数字图像,利用GeoPIV分析获得剪切带土砾的变形和剪切带的厚度,实现土与结构接触面直剪试验剪切带变形的可视化与定量化。以三峡库区堆积体滑坡工程为背景,开展不同含水率条件下土石混合体与混凝土接触的剪切试验,得到接触面抗剪强度参数的变化规律和剪切过程中土砾颗粒运移特征,定量分析土砾颗粒在剪切过程中的位移变化规律,获得试验条件下接触面剪切带厚度为17～23 mm,试验结果表明上剪切盒中的土砾剪切过程中发生显著的位移,其相对下剪切盒的水平位移小于上下剪切盒的相对位移,呈现非线性的变化趋势,并给出土砾实际位移与剪应力的关系。该研究成果可为土与结构相互作用的可视化剪切试验、接触面力学特性和本构模型分析提供重要支撑。     

黄土中灌溉水入渗过程的现场试验研究

黄土台塬地带频发的滑坡灾害与农业灌溉活动密切相关。为研究水分在原位黄土中的入渗规律,在陕西泾阳南塬开展了场地直径为20 m的灌溉入渗试验,分析了浸水过程中入渗水量,土体体积含水率、基质吸力和孔隙气压的变化规律,揭示了灌溉水在原位黄土中的入渗过程。监测结果表明：(1)持续灌溉条件下,湿润锋下移深度大于11.0 m,初始入渗率较高,随后降低并趋于稳定,稳定入渗率略小于表层土体的渗透系数。(2)马兰黄土中存在平行于塬边的竖向裂隙,裂隙最大宽度约为15.0 mm,灌溉水易沿贯通裂隙产生优势入渗。(3)第一层古土壤(S₁)为透水性地层,当湿润锋抵达S₁下部时下移受阻而移动速率降低,产生最高水头为44 cm的瞬态滞水。(4)灌溉水入渗过程中孔隙气体被压缩而气压升高,在湿润锋到达前产生气阻效应;不同深度处土体的最大孔隙气压为1.1～4.3 kPa。     

龙滩水电站巨型地下洞室群稳定性分析

龙滩水电站地下洞室群的围岩由陡倾角、软硬相间的层状砂岩和泥板岩构成,层间断层和错动非常发育.运用有限元法和离散单元法模拟了地下洞室群开挖过程中围岩的变形和破坏特征,评价了洞室群的整体稳定性.计算成果表明洞室群围岩变形特征和破坏特征主要受断层和层间错动带控制;洞室上游侧墙的变形和破坏特征表现为围岩顺结构面的剪切滑移;洞室下游侧墙则以倾倒变形破坏为主;顶拱变形表现为下沉,底板变形表现为轻微回弹,两者的稳定性较好;有限元和离散元模拟的围岩变形和破坏特征基本一致.     

跨孔声波CT技术在花岗岩球状风化体探测中的应用EI北大核心CSCD

花岗岩球状风化体(孤石)是花岗岩风化程度不均产生的残留,直接影响到地铁盾构施工的安全性,高效、准确地探明孤石分布是地铁工程勘察面临的难题。利用自主研制的电火花震源等探测系统和地质专家分析法,在探测区域周边的钻孔中进行震源的发射和声波的接收,根据纵波在孤石和周边地质中具有不同的传播速度等原理,通过对声波初至旅行时的记录和解译,反演成为探测区域的三维声波速度场,直观地表达了探测区域的内部地质构造。以某市地铁隧道孤石调查为实例,验证了该方法的有效性和可靠性。结果显示,跨孔声波CT技术能有效地揭示孤石的空间分布,成果图像形象直观,可较好地解决该类地质勘察难题,能够为后续施工提供科学依据。     

碾压混凝土抗剪试验研究

对现场碾压混凝土(RCC)剪切试验结果的分析,发现存在有剪切强度离散性、局部骨料的架空、剪切时拉伸。τ~Δμ的多样性、剪切面的不同破坏模式等现象。对这些现象进行了总结分析,指出应通过铺摊均匀和改善碾压条件来提高碾压层面的质量,使其抗剪强度均匀一致,还利用残余抗剪强度参数对碾压坝体进行了稳定性计算分析。     

一种提高数值解精度的方法探讨

1 前 言 数值流形方法是石根华博士提出的一种涵盖有限元与离散元方法的全新的数值方法[1~8]。该方法采用有限覆盖体系(数学覆盖和物理覆盖)去覆盖材料区域。在对材料区域完成覆盖之后，流形单元上的位移函数可根据各物理覆盖上的位移函数加权平均得到，由此可以求出系统内的各项势能，再对系统的势能求极值即可得到系统的控制方程。 本文将数值流形方法应用于p型自适应分析，以探讨一种更有效地提高数值解精度的新途径。 2 数值流形方法简介 数值流形方法是利用现代数学“流形”(包括拓朴流形和微分流形)分析中的技术建立起来的。数值流…