考虑土石界面渗透性的土石混合体渗流有限元模拟

忽略岩块渗透性,将土石混合体(SRM)视为由土体和土石界面构成的复合介质。假定土体渗流为二维达西流,土石界面为一维渗流且流量是水力梯度的幂函数;为避免通过迭代确定土体和土石界面之间的流量交换,假定水头在土体与土石界面处连续,构建了土体和土石界面渗流场有限元同步求解模型,实现了考虑界面渗透性的SRM渗流数值模拟。验证算例表明,该模型可模拟不考虑或考虑土石界面渗透性的情形;考虑土石界面渗透性时,可以较好地再现SRM渗透性随含石率增大而先降后增以及渗流速度与水力梯度呈非线性关系的实验现象。数值实验表明,土石界面渗透特性对SRM的渗透特性有本质上的影响,且含石率越高,影响越显著。     

土石混合体中抗滑桩抗滑力计算方法

抗滑桩是加固堆积层滑坡的主要工程措施之一,其与滑坡体的相互作用力决定了滑坡加固效果。堆积层滑坡多由土石混合体构成,为计算土石混合体中抗滑桩的抗滑力,引入土石混合体宏观抗剪强度指标评价模型,基于桩间土拱效应,构建了考虑块石体积含量(含石量)及休止角的抗滑力计算方法,并提出土石混合体中抗滑桩抗滑力的计算流程。针对20%~45%含石量和25°~40°休止角的土石混合体研究发现,土石混合体中抗滑桩提供的抗滑力并不总是大于纯土体中抗滑桩提供的抗滑力,其相对关系取决于块石的含石量与休止角的数值,并且存在明显的分界线。通过与数值模拟结果对比,验证了本文抗滑力计算方法的合理性,为堆积层滑坡中抗滑桩抗滑力的初步计算提供了一种可行的方法。     

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。     

土石混合体渗透性能的试坑双环注水试验研究

针对西南地区某大型水电站近坝段内一土石混合体构成的滑坡,利用改进的双环注水试验设备进行了现场渗透试验。试验中在滑体和滑带的不同部位分别布置了4个试验点和6个试验点。试验结果表明：土石混合体的渗透系数较大,接近无黏性粗粒土的渗透系数,并且滑体处平均渗透系数是滑带处的3～4倍。结合室内颗粒分析试验对滑体和滑带土进行的分析表明,低于5 mm粒径的细颗粒含量、密度、颗粒形状及物质来源等因素导致两者渗透系数差异的主要原因。     

基于PFC数值模拟的土石混合体剪切特性研究

为了了解土石混合体的破坏机理及其力学性能,借助于PFC数值模拟试验,研究了土石混合体的剪切特性,包括不同颗粒级配组粒径质量分数、颗粒的缺失、模型尺寸3个因素对剪切强度的影响。研究结果表明：(1)细颗粒含量对模型剪切强度的大小起到至关重要的作用,细颗粒含量越大,模型的剪切强度就会越大;反之,则越小。(2)细颗粒的粒径质量分数为85%是区分剪切应力-剪切位移关系曲线是否明显波动的分界点。(3)模型剪切强度与模型面积之间存在负相关关系,而且细颗粒的粒径质量分数越小,模型尺寸效应与剪切强度的相关性就越强。     

块石含量对土石混合体边坡稳定性影响的数值研究

为克服有限元法和颗粒流方法在模拟土石混合体边坡稳定性存在的不足,提出了一种新的土石混合体有限元数值模型随机生成技术,运用此技术生成土石混合体边坡数值模型,并运用强度折减法开展块石含量对边坡稳定性影响的分析。结果表明:随着块石含量的增加,土石混合体边坡内部应力场分布不均匀及多剪切滑动面的特征逐渐加强;土石混合体边坡的安全系数随块石含量的增加整体上逐渐提高,在边坡块石含量不超过40%时,安全系数提高较为缓慢,边坡块石含量在40%~55%之间时得到快速提高,随后基本上保持不变。     

酸碱环境下泥岩土石混合体剪切特性研究

【目的】我国中西部地层中泥岩土石混合体分布较为常见,其抗剪强度特性决定着泥岩地基工程及边坡的安全性和稳定性。泥岩土石混合体的抗剪强度特性易受外界酸碱环境的影响,为探究酸碱浓度对泥岩土石混合体抗剪强度特性的影响,【方法】将试样分别置于不同浓度的HCl和NaOH溶液浸泡2 h后,分别在100 kPa、200 kPa、300 kPa围压下开展室内三轴剪切试验,利用扫描电镜观察分析其内部结构特征变化规律。【结果】结果显示：泥岩土石混合体三轴应力-应变曲线与单纯泥岩和土体有明显的区别;随着酸碱浓度的增加,泥岩土石混合体峰值抗剪强度和残余强度均减小,黏聚力呈线性降低趋势,内摩擦角无明显变化;酸性环境下试样峰值抗剪强度、残余强度和黏聚力降幅大于碱性环境。【结论】结果表明：泥岩块石构成新的骨架系统;酸性环境较碱性环境对泥岩土石混合体的抗剪强度劣化效应更显著。研究成果可为泥岩土石混合体地基及边坡的稳定性分析及防灾工程提供参考。     

土石混合体大型三轴剪切变形特性及模拟方法

土石混合料是山区高填路基工程常见的填筑材料，其剪切变形特性及模拟方法是路基填筑设计的重要依据，但其研究仍存在诸多问题。【目的】为了更全面弄清多因素影响下土石混合体剪切变形特性，建立一种能够模拟土石混合体剪切变形过程的本构模型。【方法】首先，考虑含石量、含水率、岩性和土性等四种因素，采用正交设计试验方法，开展多因素多水平下土石混合体大型三轴剪切试验研究；然后，引入统计损伤力学理论，建立土石混合体轴向损伤模型和轴向损伤演化模型，进而建立土石混合体统计损伤本构模型，给出模型参数的确定方法；最后，将理论模型曲线与土石混合体剪切试验曲线进行比较。【结果】结果显示：土石混合体轴向剪切变形呈明显的阶段性特征；随着含石量由25%增加至70%,内摩擦角由35.5°近似线性增加至46.8°;内摩擦角不随土性和岩性的改变而显著变化；随着含水率由0增加至5%,内摩擦角由40.2°增加至42.4°,但随着含水率持续增加至试样饱和，内摩擦角逐渐减小至36.8°;此模型能够较好地模拟不同围压条件下土石混合体应力-应变试验曲线。【结论】结果表明：随着围压的增大，应变类型由软化型不断向硬化型转变，体应变由剪胀型不断向剪...     

基于细观统计规律的土石混合体随机模型研究

对三峡库区一处典型堆积层滑坡的崩坡积土石混合体露头二维照片进行图像处理,获取了土石混合体的细观结构特性;并用最大似然估计法进行概率分布类型拟合,再用 Kolmogorov-Smirnov法进行假设检验;根据统计规律建立了土石混合体随机模型。统计结果表明,块体的长轴尺寸与长短轴比服从对数正态分布规律,长轴倾角服从正态分布,分布坐标服从均匀分布,且长轴尺寸的均值和方差均与土石混合体含石量呈线性关系。该随机模型很好地考虑了通常被忽略的小块体,较为细致地反映了土石混合体的细观形态。所建立的土石混合体随机模型可导入有限元软件进行物理力学性质的仿真研究。     

单剪与常规三轴条件下土石混合体强度特性差异

开展土石混合体的大型叠环式单剪试验与大型三轴试验，根据颗粒材料及砂土的单剪试验规律分析单剪试样应力状态，探讨两种试验条件下土石混合体的强度特性差异。结果表明：(1)对应相同小主应力，试样在单剪过程中的大主应力率水平更低、变化范围更小，主应力比峰值更低，对应极限应力摩尔圆更小；(2)单剪条件下的割线剪切模量各向异性，其中水平向割线剪切模量在剪切过程中恒低于三轴条件下的割线剪切模量，但差值随主应力轴与主应变轴间的非共轴度减小而减小；(3)对于采用试料，单剪条件下的摩尔-库仑抗剪强度指标值显著低于三轴条件下的值，其中内摩擦角低约9.5%。初步研究认为，单剪过程中的主应力轴旋转以及非共轴性是造成土石混合体2种试验强度特性差异的重要原因。     

基于不规则颗粒离散元的土石混合体三维随机模型及其数值试验

为了更加真实地模拟土石混合体的物理力学特性,提出了一种基于不规则块石球度和凹凸度的随机几何模型生成技术,并建立了相应的块石三维离散元模型。然后采用无底圆筒堆积试验对球度和凹凸度这2个块石几何模型控制参数进行了数值验证。最后建立了符合宏观统计规律的土石混合体三维离散元随机模型,对土石混合体大三轴试验进行颗粒流模拟,并与室内试验结果进行对比分析。结果表明:所提出的不规则块石几何模型随机生成方法简单实用,几何模型控制参数合理有效;通过选取合适的颗粒细观参数,建立基于随机不规则块石体的土石混合体数值模型,能很好地模拟土石混合体的物理力学性质,包括颗粒之间的细观接触特征、土石混合体的应力-应变关系特征等,为进一步研究土石混合体的变形破坏机理提供了一条有效的途径。     

断裂破碎带渗透特性原位测试设备研制及初步应用

断裂破碎带渗透特性参数的有效获取,对高放废物处置库工程布局设计至关重要。以引进的高精度钻孔型FL-24示踪仪为基础,研制出了配套的栓塞封段装置及可视化模块,并将其应用于甘肃北山高放废物处置库预选区断裂破碎带某注浆防渗测段精细化渗透系数获取,以及断裂核部跨孔宏观优势渗流方向分析研究中。初步结果显示,部分断裂内部各单元在注浆作用下整体防渗效果较好,但局部大裂隙封堵失效,仍存在明显渗流,渗透系数范围为1.2×10^-5~1.6×10^-5 m/s;研究区内典型边界断裂走向为其优势渗流方向。最后,对原位断裂渗透测试程中存在的困难及解决途径进行了探讨。     

韧性剪切带和蚀变岩体对坡体卸荷特征影响分析

岸坡异常卸荷是西南深切河谷地区进行大规模水电工程建设过程中常遇到的典型工程问题之一。根据野外详细地质调查,得出研究区坡体卸荷特征,再以是否考虑韧性剪切带和蚀变带为变量建立3个二维离散元模型,模拟河谷5次下切后坡体的变形情况,对比分析韧性剪切带和蚀变带对坡体卸荷特征的影响。研究结果表明:研究区卸荷异常主要与韧性剪切带和蚀变岩体的发育有关;韧性剪切带和蚀变带质软,其软弱基座效应和弱抗风化能力加剧了坡体变形程度,同时构成软硬相间的坡体结构,使得沿缓倾坡外结构面的差异剪切错动更为明显。相关成果可供从事高边坡坡体卸荷研究人员参考。     

断层破碎带与洞室间距对地下水封洞库洞室稳定性的影响研究

地下水封洞库通常在花岗岩等硬质岩体中开挖形成,其库区地质构造多发育有断裂构造、节理裂隙等不良地质结构。为了探究断层破碎带对地下水封洞库洞室稳定性的影响,依据湛江地下水封洞库库址区地质构造及地应力实测资料,基于FLAC^3D有限差分软件,分析了断层破碎带距洞室不同距离时的围岩位移及模型断面典型位置的位移。结果表明:①断层破碎带位置对洞室近边墙围岩稳定性影响较大,对远边墙围岩稳定性影响较小;②当断层破碎带距离近边墙的距离超过1/2洞室跨度时,断层破碎带对洞室围岩稳定性影响可忽略。研究成果对于类似洞库工程选址及安全距离的选择具有良好的指导作用。     

块体理论在地下水封石洞油库围岩稳定性的分析与应用

选址在围岩条件较好的地下水封石洞油库工程,围岩失稳情况以洞壁局部块体失稳为主。为了分析洞室局部块体失稳的可能性,通过现场调查,按照块体理论,首先找寻可能形成的块体,然后确定块体的滑移方式,最后利用现场调查的各项参数计算块体稳定性系数,评价块体的稳定性。按照该理论,利用Unwedge程序进行分析计算,部分计算不稳定块体方量与实际块体塌落方量相比,计算值偏小,这主要为该程序计算的块体为关键块体。总之,分析结果与实际情况基本相符。     

断层破碎带隧洞管棚支护参数设计方法

为确保断层破碎带内隧洞的安全施工和掌子面岩体稳定,提出了一种管棚支护参数的设计方法。首先,对管棚分段且取其中一部分作为有效计算长度,采用太沙基理论计算松散破碎岩体对管棚的荷载,根据约束条件将洞内管棚简化为两端固支梁,得到管棚弯矩、挠度和端部反力。然后,根据岩体和管棚的各类破坏条件,推导了管棚支护参数的计算公式。最后,介绍该方法在某断层破碎带隧洞的应用情况。该隧洞前期超前支护仅采用小导管,已发生数次掌子面坍塌。基于此方法分析小导管支护偏弱并进行了管棚支护设计,在之后开挖过程中收敛变形减小,管棚支护取得了较好的加固效果。研究成果可为断层破碎带隧洞管棚支护参数设计提供参考。     

糯扎渡电站右岸构造软弱岩带渗透变形试验研究

糯扎渡水电站工程地质条件复杂,尤其是坝址右岸存在的构造软弱岩带,对坝基的工程地质条件影响极大,该软弱岩带存在渗透变形问题。文章针对渗透变形稳定问题进行了专门的现场试验研究,并对试验过程、方法、要求和成果进行了系统的分析论述,为本工程水工建筑物布置和右岸坝基防渗处理提供了重要依据,同时也希望这一试验方法能为其它工程解决类似问题有所帮助。     

地下水封洞库围岩块体失稳矢量分析方法研究

基于对某地下水封洞库库区详细的地质调查和研究,运用块体理论评价围岩块体稳定性。采用块体理论分析方法之一的矢量分析法,分析出地下洞库各开挖面的可动块体,通过力学分析判别出可动块体中的关键块体,计算出其剩余下滑力和失稳形式。结果表明:此地下水封洞库稳定性较好,关键块体主要以结构面②、④单面滑动,且主要分布于洞室顶部。因此施工时应重点监测结构面②、④出露处,同时通过分析研究发现矢量法作为块体理论一种分析方法,能准确分析围岩块体稳定性,对地下水封洞库围岩稳定性评价具有一定的意义,但其在确定关键块体的具体位置,以及对于曲面洞壁块体稳定性分析均有待于进一步完善研究。