基于蒙特卡罗法的堤防边坡稳定分析

以可靠度理论为基础,采用蒙特卡罗法对黄河开封段堤防不同洪水位下边坡滑动失稳风险进行了分析,结果表明:在设计洪水水深为2.35 m时,计算剖面临河堤坡滑动失稳风险率为0.066%,背河堤坡为0.213%,能够保证整个堤防的抗滑稳定;随着洪水位的逐渐升高,堤防背水面滑动失稳风险率逐渐增大,临河堤防滑动失稳风险率逐渐减小.     

软土地基堤防险情成因与边坡稳定性分析

某软基段堤防近年来不断出现不同程度的堤坡塌陷、下挫及堤顶道路下沉等险情。根据历年险情总结与分析可知,堤坡沉陷、开裂是该堤段的最主要险情,其破坏机制与地基不均匀沉降引起的堤身拉剪破坏机制相吻合。边坡稳定性分析表明,堤防本身不存在抗滑失稳问题。堤基软土调查分析进一步揭示了堤坡下挫的主要原因是堤基不均匀沉降。在此基础上,提出了相应的除险加固措施。     

超标洪水下堤防失事风险评价及工程应用

基于堤防工程可能的失效模式,修正了水文失事风险率和边坡滑动失稳风险率计算模型.分析了漫顶失事、渗透破坏失事以及边坡滑动失稳的条件概率计算方法,建立了堤防综合失事风险率计算模型;同时,提出了超标洪水下堤防失事风险率的计算方法,结合南京市外秦淮河堤防工程实例,得到超标洪水下外秦淮河堤防综合失事风险率为0.57%.     

软土地区堤防挡土墙地基容许承载力的计算分析

软土地区堤防存在挡土墙地基容许承载力不足、地基土产生剪切破坏而出现堤防土石体失稳破坏或沿小圆弧滑动情况。分析挡土墙两侧为非对称荷载时的地基容许承载力的计算条件与方法，得出近似计算公式，并提出防止堤防土石体滑动的工程措施。     

基于重整化群方法的三棱柱单元整体破坏概率模型

针对传统的重整化群方法不适合处理一般水工混凝土结构的问题,以正方体单元岩石破碎模型为基础,提出并建立了基于重整化群方法的三棱柱单元混凝土结构整体破坏概率模型,通过不动点计算分析,得到导致结构整体破坏的单元破坏概率临界值。迭代计算结果表明,原胞级数即迭代次数取3即可满足实际工程需要,若3次迭代后整体破坏概率仍较大,则说明单元破坏概率接近临界值,该概率模型可从定量的角度评价混凝土重力坝的整体安全性。     

重力坝两种滑移失稳机理及安全度评价方法

结构面对坝体抗滑稳定极为不利,尤其是当坝基存在多组结构面,其深度、范围、厚度等因素均对坝体稳定具有较大影响。本文针对工程实际中两种常见的滑移模式,即缓倾角结构面产状平缓的水平滑移模式和结构面倾角较大的倾斜滑移模式,采用弹塑性有限元强度储备系数法模拟重力坝渐进破坏过程,应用各向异性节理材料模拟坝基中的岩层、泥化夹层、断层等地质缺陷,探讨了重力坝深层滑动的失稳机理、破坏模式及极限承载力。两个典型工程实例的研究分析表明,两种滑移模式的重力坝失稳机理均表现为首先沿结构面滑动,直至尾岩抗力体压碎或者隆起失效时坝体达到其极限承载力。最后根据重力坝深层滑动失稳机理及其破坏模式,建议了与其配套的安全度评价方法。     

白龙山至东河南寨段防洪堤渗流及稳定计算

由于长期经受水的渗透作用,堤防容易发生塌陷和滑动破坏。针对白龙山至东河南寨段防洪堤工程设计过程,并结合筑堤材料和上游情况,按稳定渗流进行计算,同时考虑了多种工况,对堤防临、背水堤坡进行了稳定计算。     

防洪堤的可靠性设计方法探讨

基于可靠性理论，提出了防洪堤的概率设计方法。按照堤防设计规范，建立典型斜墙式防洪堤漫顶、渗透稳定、边坡滑动稳定的极限状态方程，采用Monte Carlo法计算相应的可靠性指标。进而通过变动堤防几何参数(堤顶高程、顶宽和坡比)和土工参数，探讨了堤高与漫顶可靠性、堤防几何参数的变化对堤基渗透稳定的可靠性、坡率对边坡失稳可靠性的影响。结果表明：随着堤高的增加，堤防漫顶的可靠性指标逐渐增大；堤防坡率、堤顶宽度、堤基粘土层厚度、前滩地宽度、堤后压盖厚度和宽度等变量的增大，将使堤基渗透稳定的可靠性指标增大；堤基粘土层和砂土层渗透系数的增加，将使堤基渗透稳定可靠性指标减小；堤防上、下游坡率的增加，堤坡稳定可靠性指标增加。     

基于重整化群的水工混凝土结构整体破坏概率研究

在借鉴重整化群理论和局部损伤概率的基础上,形成水工混凝土结构整体破坏概率研究方法.针对单元损伤概率不等的正方体结构,推导了1级原胞损伤概率,再依次确定n级原胞的损伤概率,从而得到结构整体的破坏概率.传统的岩石等概率破碎模型只是针对单元损伤概率相等情况下的一个特例,而该数学模型是一个通式.以某大体积混凝土结构为例,应用所建立的数学模型进行了实例分析.计算结果表明,当单元损伤概率不超过0.7时,结构较为安全,否则结构整体安全性会迅速降低,外界环境一旦恶化,结构极有可能发生垮塌.     

基于二维逾渗相变重整化群的混凝土重力坝断面破坏评价

针对混凝土重力坝失效路径具有方向性,可认为类似于渗流通道的特性,提出基于二维逾渗相变重整化群的混凝土重力坝断面破坏评价方法。在传统正方形单元等损伤概率逾渗模型的基础上,推导了正方形单元不等损伤概率模型,确定了梯形原胞、三角形原胞破坏情况,建立了三角形断面逾渗相变重整化群模型,并以某混凝土重力坝断面为例,针对上、中、下部不同单元损伤概率下的整体断面破坏概率进行比较研究。迭代计算结果表明,当单元损伤概率小于0.40时,大坝断面整体处于安全状态;当损伤概率在0.40~0.60时,整体安全性降低,结构由安全向整体破坏过渡;当损伤概率大于0.60时,整体安全性极低,此时若外界环境恶化,极有可能发生整体贯穿破坏。     

基于尖点突变理论的非均质土坡失稳判据分析

为避免失稳判据的主观人为性,将非线性突变理论运用于非均质边坡稳定性评价中。结合工程算例建立非均质土坡数值计算的力学模型,采用强度折减有限元法对土坡进行稳定性分析,通过建立坡体内部水平方向最大位移与强度折减系数的尖点突变模型,将失稳判据量化为一个确定的突变特征值,比较各级强度下的水平最大位移突变特征值与0的关系确定土坡稳定安全系数,并将所得结果与塑性区贯通判据、计算不收敛判据及Spencer法计算结果进行对比分析。结果表明:以尖点突变模型为失稳判据能确定出土坡稳定形态与强度折减系数的定量关系,展现土坡失稳过程的突变性,其物理意义明确,计算结果客观,求解出的安全系数精度较高。该失稳判据为非均质土坡稳定性分析的较优判据。     

堤坝渗透变形及稳定性分析

阐述了堤防渗透变形的类型、成因、规律,并对堤坝渗透稳定性问题进行了分析研究。渗透变形是引起堤防渗漏破坏的主要原因。分析了水力坡度与堤防渗漏破坏的有机联系,可以帮助研究人员对堤防渗漏破坏进行定量确定。     

二元堤基结构堤防管涌机理模型试验

为了科学解释二元堤基结构堤防管涌致灾机制并揭示其形成、演化过程和致溃规律,在考虑堤基强、弱透水层之间壤土过渡层作用的基础上,通过室内模型试验完整地模拟了二元堤基管涌从单个泡泉发展至管涌群并最终造成堤基塌陷溃决的全过程。试验结果表明:上部黏土及壤土层在渗流的顶托作用下向上隆起并在堤基内部产生层间水平渗漏通道,导致发生潜层砂沸,最终向上发展为表面砂沸的渗透破坏；二元堤基结构管涌发展可分为裂缝发展、潜层破坏、上覆层破坏、管涌通道上溯、堤基破坏和堤基溃决6个发展阶段；表面砂沸由潜层砂沸发展而来,潜层砂沸是由于土层内竖向坡降所引起的渗流力大于上部土体浮容重时造成的土层结构破坏所致,临界竖向坡降处于0.9~1之间；壤土层的存在会加快堤后自由边界区域管涌群的发展速度,但可以延缓管涌通道的上溯,对堤基具有保护作用。     

边坡位移预警指标的实时估计与诊断

边坡预警指标的实时估计与诊断是实现边坡安全监控、预防边坡演变为滑坡的重要手段。安全预警注重考虑极端事件,其关键在于能否准确进行效应量序列分位数分析及刻画其尾部特征。基于极值理论中超阈值(Peaks over Threshold, POT)模型,分时段考虑边坡位移监测序列,借助Hill图法拟定合理的阈值,再利用广义帕累托分布(Generalized Pareto Distribution, GPD)对超阈值序列进行拟合分析,渐进地刻画位移序列分布的尾部特征,分析其抵御已经历荷载的能力。假定边坡失事概率,得到位移预警指标实时估计序列,挖掘或评估出该边坡面临可能发生极端荷载时的抵御能力。最后基于突变理论中尖点突变模型对位移预警指标实时估计序列进行突变诊断,结合具体边坡工程实例,验证了POT-突变理论混合模型的合理性。     

施工期临时断面挡水渡汛对于面板坝坝坡稳定的影响研究

面板堆石坝施工期采用临时断面挡水度汛方案时,由于临时断面上游尚未施工混凝土面板,因此临时断面的大部分区域及坝基材料将处于饱和状态,这种状态有可能对大坝竣工期的坝坡稳定产生某种影响。为研究临时断面挡水度汛对于大坝竣工期坝坡稳定的影响,本文结合一工程实例,首先采用有限元法进行了临时断面挡水度汛情况下的渗流分析,然后采用非线性有限元法对临时断面是否挡水度汛两种情况下大坝竣工期的坝坡稳定性进行了比较研究。结果表明:采用临时断面挡水度汛施工方案对于大坝竣工期上游坝坡抗滑稳定的影响要大于对于下游坝坡的影响,但其影响是有限的。     

三层堤基管涌砂槽模型试验研究

对由弱透水表土层、细砂层和强透水砂砾层组成的三层堤基进行了管涌发展的砂槽模型试验,观察并分析了管涌发生、发展并导致溃堤的机理和过程。试验结果表明,强透水砂砾层的存在将使堤基管涌破坏的水平平均临界比降降低,当细砂层相对于砂砾层的厚度较薄时这种影响会很大,试验得到的最小值为0·078,而且堤基管涌发展的机理与双层堤基有很大区别。     

临界状态下滑坡稳定性分析方法研究

在条分法和极限平衡原理的基础上,将土体的抗剪强度与临界滑动面的倾角联系起来,建立临界公式。利用这一公式分析任意一点临界滑面的倾角随上覆压力变化的规律,验证了当斜坡体厚度小于一极限值时,坡面倾角在0～90°范围内斜坡都不会剪切破坏。另外,在此公式的基础上,建立2个思路,分别对2个滑坡案例的失稳原因进行分析,结果显示与监测资料一致,由此得出了2种方法下剩余下滑力的计算方法。在第2个案例中,分析了推力对斜坡临界状态的影响,并给出了计算公式。这种方法的优点在于对滑动面上的逐点进行了分析,能给出逐点的稳定状态,但是在计算上仍需改进和探讨。该种将岩土体的抗剪强度与临界滑动面倾角即将力学性质与几何形态联系起来进行的分析方法,可为评价坡体稳定性提供理论参考。     

降雨入渗下非饱和土边坡临界稳定性分析

运用分形模型预测非饱和土的土水特征曲线与导水系数曲线,结合孔隙气体流动分析,模拟降雨入渗条件下的一维非饱和渗透过程。根据非饱和土抗剪强度的分形模型,导出降雨入渗下非饱和土边坡临界深度公式,并分析了影响边坡稳定性的因素。非饱和土的分维与进气值影响土体的水理性质。分维影响降雨的入渗速度与入渗深度,而进气值影响降雨入渗下土体吸力的变化曲线形态。非饱和土的饱和导水系数与降雨强度对边坡稳定性影响较大,在降雨强度远大于非饱和土的饱和导水系数时,孔隙气体在降雨入渗过程中将产生气压,对吸力产生影响。