滑坡失稳时间预测模型

建立了一个简化的单滑面滑坡力学模型,运用尖点突变模型中状态变量的突变来反映滑体的突滑,分析了单滑面滑坡的失稳机制,分析结果表明：滑体突滑失稳的必要条件仅取决于滑动面剪切段介质和蠕滑段介质的刚度比,得到了滑坡突滑时间的计算公式,导出了滑体突滑初速度的计算公式。     

对“缓倾角层状岩体失稳的尖点突变模型研究”讨论的答复

 在“缓倾角层状岩体失稳的尖点突变模型研究”一文中 (以下简称原文 ) ,我们主要有两个意图 :①目前所建立的边坡岩体失稳的尖点突变模型均忽视了地下水的作用 ,而地下水是影响边坡稳定性的一个重要因素 ;②“红层”地区边坡失稳尚未建立尖点突变模型。基于上述想法 ,我们引入水致弱化函数建立了四川某公路深挖路堑附近某边坡岩体失稳的尖点突变模型。没想到潘岳等老师对原文很感兴趣 ,很高兴在此做一些讨论。突变理论在其发展初期主要是解决数学上的一些问题 ,即说明“参数的连续变化怎样会引起不连续现象的” ,是为了对一个光滑系统中可能出现的突然变化作出适当的、主要是定性的描述。在其产生初期 ,遭到了许多学者的批评     

边坡失稳突变模型的非线性混沌分析

针对边坡失稳的突变问题,运用混沌理论,建立系统的尖点突变模型,并运用庞加莱映射法、李亚普诺夫指数法、分形维数法等多种方法来预测系统是否处于混沌。分析发现：外部环境因素的变化、滑坡面上软弱夹层介质的弹性区段与应变弱化区段的本构曲线拐点处的刚度比的变化、降雨量等因素的变化作为边坡系统的非线性扰动因素与边坡稳定性的响应会表现出复杂的非线性混沌关系。这种突变和混沌的非线性现象出现的条件分别是边坡发生突变性滑坡的突发因素和积累演化因素的表像。它对认识边坡突发性滑坡突变机理和突变累积性演化机理,并进一步预测、防治并控制滑坡有重要的意义。     

基于突变理论的土质边坡非线性演化分析

应用突变理论对土质边坡稳定性进行研究,从系统能量的角度出发,综合考虑边坡土体的成层性、应变软化特性和水致弱化性质而建立了尖点突变模型.突变分析表明,系统内部多重参数(如应变软化程度mi、含水量ξi、剪切刚度比ki、位移峰值强度ui)综合决定系统状态的控制变量a,b,并且内部参数受各外部激励因素的影响都是非线性的,边坡的孕育是一个复杂的非线性演化过程.同时,详细论述了3种典型边坡(稳定型边坡、外部因素持续作用下同步失稳的边坡和滞后失稳型边坡)的演化路径.     

强降雨作用下岩质边坡失稳的尖点突变

本文以研究强降雨作用下岩质边坡失稳为研究对象,考虑到强降雨条件下,雨水导致介质的出现应变软化和水致弱化的情况,建立了对岩质边坡稳定性进行评价的综合地质力学模型。利用尖点突变理论,分析得出了强降雨作用下岩质边坡失稳的判断依据。并通过实例验证本方法计算得出的边坡稳定性判断依据与实际情况相符。因此,将尖点突变理论应用于强降雨作用下岩质边坡失稳的的分析是合理的。     

尖点突变模型在梁柱稳定性分析中的应用初探

本文应用突变理论建立了两端铰支的梁柱失稳的尖点突变模型,并借助数学工具,分析了梁柱失稳过程中平衡的特性。     

边坡失稳的尖点突变模型研究

通过建立边坡地质力学模型,考虑内外环境因素对边坡稳定性的影响,应用非线性科学建立了完善的边坡失稳突变理论模型,分析了突变模型中控制变量对边坡产生快速和慢速蠕滑失稳的影响。因刚性极限平衡理论在评价边坡稳定性存在不足,应用刚度效应失稳新理论得到了边坡产生蠕滑失稳的判据,其分析结果能很好解释蠕滑型边坡失稳的机理,从而揭示了应用突变模型研究边坡失稳现象的可行性。     

岩体动力失稳的折迭突变模型

讨论了目前采用突变理论研究岩体动力失稳存在的问题。尖点突变模型对同一参数最多有3个平衡状态,其中一个不稳定另两个稳定,它描述的是两个稳定平衡状态在一定条件下可以相互转换、重复的系统;折迭突变模型最多有两个平衡状态,一个稳定,一个不稳定,它描述系统不能重复的本构失稳问题。由系统在平衡位置作准静态位移时的功、能增量关系式,按能量守恒原理推导了两体系统的平衡方程,建立了两体系统动力失稳的折迭突变模型,给出了岩体动力失稳问题的一般方程,得到了系统失稳前后的变形突跳和系统能量释放的一般表达式,基于Weibull分布的岩体本构关系为其特例。     

土石坝失稳的尖点突变模型与临界条件

土石坝是一个复杂的非线性系统,其失稳过程的力学行为是一个不可逆的非线性动力学演化过程。根据土石坝的特点,应用突变理论,建立了一个考虑坝体材料应变软化效应和水致弱化效应的尖点突变模型,通过对模型进行平衡分析,获得了坝坡失稳的力学判据。通过对失稳判据的分析得出,土石坝发生突变失稳的必要条件,取决于坝体材料特性、库水位及库水位变化情况,高洪水位或由高水位骤降时因坝坡上部材料刚度降低而容易发生突滑失稳,是坝坡稳定的控制工况。最后,根据系统突变条件得出了坝坡失稳的临界位移和临界几何—力学参数,为土石坝稳定分析和安全评价提供新的途径。     

石膏矿老采空区塑性支撑系统的突变失稳分析

采空区支撑系统稳定性研究是保证石膏矿区安全生产的关键,为此构建塑性区的矿柱–岩梁支撑系统,将岩梁和矿柱分别视为能量释放体和能量耗散体,并运用能量理论构建支撑系统尖点突变模型,得出支撑体系相关的失稳判别条件。研究结果表明:支撑系统失稳是能量释放、耗散与支撑系统变形不协调的结果,当α0时,系统能量释放与系统变形协调,支撑系统按路径I由下叶稳态渐进过度到上叶稳态的准静态过程;当α0时,由于能量释放与系统变形不能协调,系统会按路径II由下叶稳态突跳到上叶稳态的突变过程,此过程使得多余的能量释放致使支撑系统发生动力学失稳问题。而后对支撑系统几何参数的敏感度进行分析,得出影响因素敏感度大小顺序为:顶板厚度塑性区宽度矿房跨度矿柱宽度矿柱高度矿。结合工程实例,根据各区开采几何参数不同对采空区进行分类,并运用突变理论对各类采空区支撑系统稳定性进行分析,得出D类区域为危险采区,与现场调研结果一致。     

考虑降雨影响的非饱和土基坑边坡突变失稳分析

降雨入渗往往是非饱和土基坑边坡失稳的主要诱发因素之一,同时边坡失稳又具有突发性。基于突变理论提出了考虑降雨入渗影响的非饱和土基坑边坡稳定性分析方法。根据分析边坡稳定性的塑性极限方法的上限理论建立了边坡失稳尖点突变模型,并得出边坡突发式滑坡的特征关系式,用突变理论对非饱和土边坡稳定进行了初步研究。研究表明,基坑边坡失稳是一种突发性的破坏,外界环境的变化(如降雨入渗导致土体抗剪强度的降低)是基坑边坡发生突发性破坏的决定性因素。     

含软弱夹层岩体边坡的突变模式分析

针对含软弱夹层岩体边坡失稳问题,考虑软弱夹层的应变弱化特性,运用突变理论方法,建立燕尾型突变模型。基于建立的突变模式,对含一层软弱夹层的岩体边坡定量分析滑坡演化过程中的突跳特性;对于含多层软弱夹层的岩体边坡,通过对燕尾突变模型得到的平衡曲面方程进行分析可知,其势函数最多可有4个极值点,3个控制变量的不同取值使系统处于不同的分叉点集区域,其势函数极值点的个数不同,形式也不同,相应地,系统也呈现出不同的性质,于是根据势函数极值点个数的不同,定性分析随着控制参量的变化,边坡失稳中突跳的可能性。     

基于多重属性区间数决策模型的边坡整体稳定性分析

为了研究边坡的整体稳定性状况,通过构建多重属性区间数决策模型以实现边坡整体稳定性分析。依据官家边坡实际地质条件和工程剖面情况,建立影响因素集与研究对象集,采用多重属性区间数决策模型进行其整体稳定性分析和反馈其所处的安全稳定状态,并引用边坡宏观破坏迹象予以对比验证。研究结果表明:经模型求解确定表征边坡整体稳定性变化情况的稳定系数区间为[0.927,1.032],其发生滑动失稳破坏的概率可达70%;边坡整体稳定性差、安全程度低,处于不稳定的危险状态,具有变形进一步增大和滑动失稳的趋势,迹象较为明显。目前的活动状态下边坡发生失稳破坏的可能性大,为维持其安全、稳定和可靠,需进行综合治理。由此可见,该决策模型可为边坡灾害状态反馈和防治对策提供可行的技术平台,具有积极的指导意义。     

准脆性材料破裂过程失稳的尖点突变模型

岩石等准脆性材料在非刚性加载条件下的非稳定问题研究，有助于预报材料或结构的失稳破坏、推断灾害等突变现象的剧烈程度。首先推广了基于Weibull分布而建立的特殊的破裂过程失稳的尖点突变模型，得到材料破裂过程的失稳条件、失稳开始时系统的总变形、失稳前后的变形突跳和系统能量释放的一般表达式，从而阐明一般情况下，失稳及其剧烈程度完全由材料性质及加载体的刚度决定，而且失稳程度与干扰程度即总变形无关。结合基于Weibull和对数正态分布的两种本构曲线进行讨论，从中推得系统的起始刚度之比越小，越易发生失稳，系统的总变形越明显，而失稳突跳和能量释放越大;材料均匀程度的影响是双重的，当材料比较均匀时，均匀度减小，整个系统的总变形随之减小，失稳加剧；当材料过于不均匀，继续减小均质度则情况相反，以致不发生失稳。还利用建立的力学模型，给出上述两个材料本构方程的参数之间的关系。     

开挖面潜在超前破坏范围预测方法

 潜在超前破坏区位置和形状是影响开挖面稳定性的主要因素,合理地确定超前破坏区的位置和形状是开挖面稳定性分析首先要解决的问题。开挖面失稳破坏经历了一个“平衡态→突变失稳→平衡态”的非线性发展过程,可运用突变理论对其稳定性进行判断。因此,基于突变理论,综合运用二分法和曲线拟合技术,提出开挖面潜在超前破坏范围预测方法。首先,建立开挖面中心水平位移的尖点突变模型,根据相应的突变判据,采用二分法得出极限应力状态;然后,采取分区搜索的方式寻找潜在破坏区;最后,通过最小二乘的方法对离散点进行曲线拟合,得到开挖面超前破坏区的形状和位置。通过与相似模型试验结果的对比分析,验证该方法的正确性。方法克服以往预测方法对于边界条件苛刻要求,适用于深埋、浅埋条件下的超前破坏范围预测,更符合工程实际情况。     

Prediction of grey-catastrophe destabilization time of a granite residual soil slope under rainfall

The stability of a residual soil slope is a system of grey and white, and gradual change and sudden change. It is difficult to accurately forecast the instability time of a granite residual soil slope, because the factors affecting the instability of granite residual soil slopes are random and uncontrollable. Using the grey prediction method, the accumulation generation of data weakens the influence of random disturbance factors in the original sequence, and enhances the regularity of data. In this paper, we proposed a grey cusp catastrophe prediction model to calculate the instability time of granite residual soil slopes under rainfall. We took one-time cumulative transformation of the remote monitoring data of slope displacement, and then conducted polynomial regression fitting on the processed displacement data and monitoring time. The grey cusp catastrophe instability prediction model of granite residual soil slopes was established using the nonlinear dynamic catastrophic prediction theory. The critical instability time of the slope was predicted using the grey catastrophe instability prediction method presented in this paper. For comparison, we conducted exponential curve fitting on the displacement data and monitoring time, and then established the Saito instability forecasting method of a soil slope to predict the slope instability. Through the engineering application, and using the presented grey catastrophe slope instability prediction method, the slope instability process may be accurately predicted. The calculation results using the grey catastrophe slope instability prediction method presented in this paper are in good agreement with the actual situation. Whether it can be used for other slopes remains to be further studied.

     

斜坡演化的燕尾突变模型研究

对一个平面滑动型斜坡,考虑滑面介质有两种不同力学性质的材料组成,一种为弹脆性或应变硬化介质,另一种为应变软化介质。建立了斜坡系统的燕尾突变模型。通过模型分析,发现斜坡滑动失稳主要取决于软弱面上复杂弹脆性介质和应变软化介质的刚度比k与几何–力学参数ξ;通过对控制参数p,q和r的分析,揭示了斜坡演化的系统性和复杂性。当p为定值时,在q和r的控制平面内,存在不同的稳定区和失稳区。     

不平衡推力法的弹塑性有限元改进

结合杭金衢高速公路K111碎石土滑坡工程实例,研究如何使极限平衡法与有限元法有机结合应用于边坡稳定性计算和分析中,以及碎石土边坡稳定性系数与滑动面抗剪强度发挥程度的关系。研究结果表明,可以采用弹塑性有限元边坡稳定性极限分析法,得到边坡接近破坏状态时滑坡体的塑性变形破坏区,然后据此确定边坡的滑动面;通过野外工程地质勘探揭示,该法确定的潜在滑动面与实际滑动面基本相符;可根据极限状态下塑性应变值的大小确定滑面带上不同抗剪强度取值段,采用全面考虑滑面上岩土体抗剪强度不同发挥程度的不平衡推力法计算碎石土边坡的稳定性系数;采用该方法进行碎石土边坡稳定性分析能更加真实地反映边坡所处的实际状态。     

动静组合加载下岩石破坏的应变能密度准则及突变理论分析

阐述了岩石在动静组合载荷作用下使用应变能密度定义破坏准则的适用性。分析认为，岩石破坏的应变能密度的临界值与岩石破坏之前的不可逆变形过程和外界条件有关，而不可逆变形过程主要是由于岩石的非弹性变形、损伤和其他内部耗散机制引起的，且反映静水胜力的体积变形能在某些应力状态条件下的岩石破坏中是不能忽略的。提出用机械模型来反映动静组合加载下岩石单元体弹性的劣化和非弹性变形的产生以及加载速率的影响，并以机械模型为基础，求出受一维静载岩石在动载作用下破坏应变能密度的临界值。同时，根据静力预加载结构的冲击屈曲突变模型，建立了静加载岩石系统的冲击破坏模型，进一步分析了动静组合加载下岩石的破坏。最后，采用低周疲劳加载方法在Instron电液饲服摔制材料试验机卜进行了红砂岩中心变率下的动静组合加载破坏试验，对应变能密度准则和突变理论模型进行了验证。结果表明，理论模型与试验结果有较好的一致性。