无黏性土滑坡型泥石流形成机理的离心机模型试验研究

采用自主研发的可视化试验装置,参照某泥石流现场试验进行了离心机模型试验,研究典型滑坡型泥石流形成的宏细观机理。根据现场试验的颗粒级配和重力比,用粉砂和细砂按比例配制土样进行20g加速度下的离心机试验。利用高清数码成像设备和细观结构分析软件Geodip分别从宏观和细观角度分析了滑坡型泥石流的形成模式和水土作用机理。研究结果表明：离心机模型试验较好地重现了现场试验现象,滑坡型泥石流的形成模式为自坡脚逐渐向上分块坍塌的倒退式块体滑动。滑坡型泥石流形成的原因是坡体中细颗粒随孔隙水迁移,引起孔隙水压力升高并形成底部渗流,造成坡体发生抗剪强度破坏形成泥石流。     

浆体黏度和级配颗粒组合条件下泥石流冲击特性模型试验

冲击特性是泥石流减灾及沟谷地貌演化的重要基础理论问题。建立泥石流冲击试验模型并进行了5组液相浆体黏度（0,0.13,0.37,0.72,0.93 Pa·s）、5组固相比（0,0.02,0.04,0.08,0.16）,5组固相颗粒粒径（0,0.075～0.2,0.3～0.5,0.8～1.0,1.3～1.5 cm）组合下的泥石流冲击特性模型试验,将试验工况分为清水流、水石流与泥石流,采用小波理论对冲击荷载进行消噪并进行冲击荷载时程曲线及冲击荷载均值分析。分析结果表明：清水流冲击荷载均值为2.84 kPa;水石流冲击荷载均值与固相比及颗粒粒径大小呈正比,且固相比越大,水石流龙头冲击作用越小,颗粒粒径越大,冲击荷载变化幅度越大;泥石流时,随着浆体黏度、固相比及颗粒粒径增大,泥石流冲击力呈非线性增大,浆体黏度对泥石流冲击力影响明显,随着黏度的增大,不同颗粒粒径组合下泥石流冲击力均值分别为4.41,5.09,5.89,6.46,6.70 kPa。     

四川省某泥石流沟复发成因机制分析

泥石流灾害是灾区重大的地质灾害之一。给人民财产安全很多不利的影响。研究区为已治理工程的流通区和清水区,由于在其下游的治理工程的拦挡作用,使得研究区泥石流沟有了向上游发展的趋势,本文通过系统分析工程区陡峻的地形条件、发育的区域构造、软硬相间的岩层、广泛分布的堆积物、降雨量降雨集中的气候条件、揭示了研究区泥石流的成因。为本地区的工程建设提供了指导意义,也为同类地区的泥石流的成因提供了借鉴意义。     

土工离心机模拟泥石流问题的相似性考虑

尺度效应是阻碍对泥石流复杂动力学过程理解的最主要因素。土工离心机通过提供一个等效的高倍重力加速度场,能够在模型中还原岩土工程原型的应力状态,为泥石流物理模拟的尺度效应难题提供了一个经济可行的解决方案。在总结前人提出的两相流（泥石流）无量纲参数的基础上,建立了应用于土工离心机模拟泥石流的分层次相似性试验设计体系,可以确保模型和原型中泥石流运动学与动力学参数绝对值和相对值的一致,从而可以系统性地还原泥石流原型问题的物理过程。同时,针对对模拟结果产生较大影响的科里奥利效应和1g自然重力加速度,建议试验设计阶段选择有效旋转半径更大的离心机并适当降低旋转角速度。研究结果对泥石流和碎屑流的小尺度、大尺度物理模拟以及离心机模拟具有理论和技术层面的参考意义。     

地震液化离心机振动台模型试验与LEAP研究进展

离心机振动台模型试验是研究地震液化问题的重要手段,一方面可重现场地地震响应和揭示液化致灾规律,为发展工程设计方法提供依据;另一方面可以作为特定边值问题的标准模型试验数据,验证数值方法与土体本构模型及其参数选取的合理性。介绍了离心机振动台模型试验的试验原理,回顾了离心机振动台模型试验在地震液化领域的主要研究进展。围绕由中国、美国、日本和英国等国家高校与研究所联合开展的国际合作项目“液化试验与分析”（LEAP）,重点介绍了若干为提高离心机振动台模型试验可重复性而发展的物理模拟新技术,包括离心机振动台的台面振动控制技术、模型土体弹性波速测试技术和基于图像分析的动态位移监测技术等。最后针对地震液化领域的若干工程和研究需求,探讨了离心机振动台模型试验领域的发展趋势。     

降雨强度对松散堆积土斜坡破坏的模型试验研究

通过在室内构建泥石流源区松散堆积土体斜坡模型,采用三种不同降雨强度对其稳定性进行研究。得出了不同降雨强度下斜坡土体流失规律与斜坡的失稳方式。结果表明：在低雨强（26mm/h）作用下,松散斜坡的土体流失量最少,并以坡面侵蚀为主;在中、高雨强（51mm/h,68mm/h）作用下,首先表现为坡面侵蚀和沟道侵蚀,进而是大规模土体流滑破坏,在土体累积流失量与时间曲线上有突变点;在高雨强作用下,形成了阵性泥石流。     

桩筏基础–土动力相互作用的离心机模型试验研究

 通过开展离心机动力模型试验,深刻地揭示桩筏基础与土之间的动力相互作用将造成基础和土体运动的非一致性,土体的运动不能代表基础的运动,两者在加速度时程、反应谱特征、共振周期等方面均存在显著的差异,传统结构抗震设计中采用自由场土体的动力参数直接作为基础的动力参数是极不严格的;基础与土之间的动力相互作用将导致周围土体发生重塑软化,且基础附近的土体(近场)软化程度明显高于远场土体(自由场土体),加之土体自身的应变软化和强度降低的内在机制将共同导致土体的周期明显延长;然而,在地震作用下,桩筏基础几乎不发生软化,这与土体有着本质的区别;在相同条件下,基础的共振周期小于土体周期(近场和远场),远场土体(自由场土体)周期小于基础附近的土体周期(近场土体);土体的动力软化对结构的影响甚微。     

降雨诱发粉土边坡失稳的离心模型试验及雨强-历时警戒曲线的验证

中国东南沿海山地丘陵地区气候湿润,每年梅雨季和台风侵袭时都伴随有大量土质滑坡,研究降雨诱发土质滑坡的失稳模式和机理对该类滑坡预警预报及防治具有重要意义。笔者自行研制了离心机机载降雨模拟装置,在50g条件下模拟和再现了非饱和粉土边坡在不同强度降雨条件下的失稳破坏过程,揭示了降雨诱发粉土边坡的失稳模式为坡脚局部失稳—向上扩展—整体浅层滑动,滑动面深度介于1~3 m。3组试验获得了降雨强度与边坡失稳时降雨历时关系数据,与李鹤等针对东南沿海地区残积土边坡提出的雨强-历时警戒曲线（I-D曲线）最为接近,验证了该降雨量警戒曲线的有效性。对离心模型试验结果进行反分析表明：非饱和土渗流分析能有效模拟边坡降雨入渗过程,而现有极限平衡分析方法难以准确捕捉降雨诱发边坡由局部向整体发展的失稳过程。基于所揭示的失稳模式,指出了该类降雨诱发滑坡的有效防治措施主要包括坡脚加强排水和支护、坡面防渗和防护。     

降雨触发不同级配堆积体滑坡模型试验研究

深入研究降雨条件下堆积体坡失稳规律对滑坡预测预报和防灾减灾具有重要的理论意义和工程实用价值。开发研制了降雨滑坡室内模型试验系统,对3种配制的堆积体土样进行了模型试验。研究了降雨条件下堆积体土坡的渗流、变形、破坏和颗粒运移的规律,探讨颗粒级配对堆积体土坡稳定性的影响。结果表明:坡内土体体积含水率、孔隙水压力和吸力随降雨历程响应明确;湿润锋到达后体积含水率和孔隙水压力持续增加而吸力持续减小,达到峰值后稳定;降雨停止后体积含水率和孔隙水压力立即降低而吸力逐渐增大。坡体破坏瞬时土体位移有一个加速过程。颗粒级配(含石量)对土坡破坏模式具有显著的影响;堆积体含石量为13%,19%,41%的土坡破坏模式分别为多级后退式破坏、冲蚀引起的局部浅层滑动破坏和块状滑动破坏;含石量越小,滑裂面越明显;含石量对细颗粒流失也有影响,含石量越大细颗粒流失越显著,坡脚细颗粒含量越大。     

不同降雨条件下顺层边坡力学响应模型试验研究

 为研究降雨条件对顺层边坡坡体内部力学响应特征的影响,结合叠加喷洒降雨技术和光纤光栅监测技术,开展不同降雨类型及支护条件下顺层边坡的地质力学模型试验,分析雨水入渗对于坡体位移、孔压力以及支护结构受力的影响等。试验结果表明,对于无支护边坡,在短时间暴雨条件下,位移和孔压力变化主要发生在降雨期间的坡体表层附近,坡体表层前端处雨后位移的增幅较大且孔压力的消散较快,坡体稳定性的主要影响因素是超孔压的累聚和消散;在长时间小雨条件下,位移和孔压力的影响范围逐渐向深部扩展,雨后位移仍保持较大的增长速率但孔压力消散较慢,坡体稳定性的主要影响因素是雨水入渗软化软弱夹层。相对于无支护边坡,有支护边坡的坡体位移和孔压力均显著减小,这主要是由于支护结构的施加限制坡体表面裂缝的扩展,从而减弱雨水的入渗,在总降雨量相同的情况下,短时间暴雨条件时支护结构的受力较快达到稳定,长时间小雨条件下支护结构的受力调整的速率较慢,在降雨试验结束6 h后,坡体前端推力最大值出现的位置不同,前者最大值出现在顶层,后者最大值出现在中层,且后者相应位置处的数值是前者的1.5～1.7倍。试验成果对于类似边坡工程的施工设计及加固维护具有参考意义。     

抗滑桩加固边坡变形破坏特性离心模型试验研究

抗滑桩加固边坡的增强作用与抗滑桩设置位置、桩头条件等密切相关,通过离心模型试验对不同桩位与桩头条件下采用抗滑桩加固边坡的变形破坏特性进行研究。试验表明,设在边坡中部的抗滑桩在边坡破坏前桩头水平位移最大,而在相同的破坏载荷作用下,设在中部的抗滑桩比设在上、下部以及桩头固定比桩头自由时边坡破坏后的位移矢量要小,这表明抗滑桩设边坡中部以及桩头固定对边坡土体的遮挡效果及边坡安全系数的提高最好。     

开挖对边坡变形影响的离心模型试验研究

边坡开挖是工程中经常遇到的问题。采用清华大学土工离心机以及新开发的开挖模拟设备进行了土坡开挖的离心模型试验,测量了开挖过程中边坡位移场的变化。基于位移测量结果提出了一种确定开挖影响范围的方法,分析了开挖后边坡的变形响应。结果表明：开挖后坡体内部根据竖向应变性质的不同可分为开挖松动区、开挖压缩区和无影响区3个区域,不同区域土体的变形特性有所差别。开挖后边坡内部的潜在滑裂面在变形破坏过程中是变化的,从坡体内部向坡面方向移动。开挖条件下边坡表现出明显的渐进破坏过程。     

河池机场填石高填方土基工后沉降离心模型试验研究

结合工程实例,采用不等应力模型设计方案,以梯形分布相似法配制填料,开展河池机场高填方土基工后沉降的离心模型试验研究。试验结果表明：无论是变化规律还是单位土基填高的沉降量,与现场监测结果具有良好的一致性;不同填料土基道肩沉降均大于场道中心,土基顶面呈“马鞍形”分布;试验结束后土基顶面、坡面未出现裂缝,表明河池机场填石高填方土基面临的主要工程问题不是失稳破坏,而是过大的沉降变形控制。最后,选择指数回归参数模型对工后沉降进行预测,预测结果表明,无论是工后沉降、残余沉降、沉降坡差还是沉降速率,煤矸石土基因针片状颗粒含量高、基材强度较低将导致更大的沉降变形和更长的工期。     

颗粒形状对颗粒流模拟双轴压缩试验的影响研究

采用二维离散单元法,建立了4种不同形状的颗粒,研究了颗粒形状对模拟双轴试验的影响以及4种不同颗粒试样宏观特性随颗粒细观参数的变化关系。研究结果表明:在其它细观参数相同的情况下,颗粒形状对颗粒试样的宏观特性有较大的影响,其中3种异形颗粒由于颗粒形状的特殊性,显著地提高了颗粒试样的剪切强度。同时通过模拟双轴试验分析表明,4种颗粒试样宏观特性与细观参数的变化规律均比较一致。     

平行盾构开挖离心机模拟试验研究

通过离心模型试验模拟平行盾构隧道近接开挖施工,研究了盾构隧道近接开挖对既有隧道结构内力、管片变形和地表沉降的变化规律。结果表明:1隧道开挖引起地表沉降的大小与开挖的步骤有关,而沉降槽的范围基本不变;2既有隧道靠近新建隧道一侧受拉,这一侧弯矩出现负增量,侧向土压力也有一定的减小,且既有隧道直径水平向变大,而垂向直径基本不受影响;3由于土拱效应,新建隧道已完成开挖部分管片拱顶的土压力随开挖进程先减小后增大;4采用地层结构法可以准确模拟隧道开挖过程的隧道结构力学特性与变形规律。     

面板堆石坝新型结构离心模型试验研究

采用离心模型试验技术探讨在覆盖层上增加盖板后坝体的变形特征。共进行三组离心模型试验,分别研究增加盖板及不同覆盖层类型对坝体变形的影响,以及防渗墙在坝体蓄水前后的变形规律。研究表明:在覆盖层上设置盖板可以减小坝体沉降,同时减小坝体不均匀沉降;不同覆盖层类型增加盖板后盖板弯矩分布规律一致,但软弱覆盖层上盖板弯矩变化幅度较大;增加盖板后优化了防渗墙的弯矩,离心模型试验揭示了面板堆石坝新型结构的变形和应力分布规律,为深厚覆盖层上面板堆石坝新型结构的研究与设计提供依据。     

堰塞坝漫顶溃坝离心模型试验研究

基于唐家山堰塞坝坝料级配曲线,建立相应的物理模型,开展堰塞坝漫顶溃坝离心模型试验,并推导离心场下矩形薄壁堰堰流计算方法。详细分析了堰塞坝漫顶溃坝过程及溃决机理,同时根据试验得出的堰塞坝溃口流量及溃口顶宽发展过程曲线,对溃决机理研究结果做出进一步验证。结果表明:堰塞坝漫顶溃坝过程中,溃口横向扩展贯穿始终,由于大粒径颗粒在下游坝坡的残留,溃口下切发展停止时间较早,溃坝后期下游坝坡存在明显的粗化现象,且堰塞坝溃坝后较少出现全溃的情况,一般都存在一定的残留坝高,其最终溃口尺寸也应小于相同条件下的均质土坝。     

塑料排水板处理软土地基的离心模型试验研究

采用大型土工离心机对某海上机场工程近海软土地基上堤坝施工期及运行期进行了模拟。原型中采用塑料排水板固结法处理软土地基,模型中则根据固结过程相似的原理,换算成等效圆截面排水体,在模型制作中采用等效透水滤芯来模拟。试验中采用停机加载法模拟分级施工加载过程。根据激光位移传感器试验数据可以计算得出相应原型软土地基的沉降特性。利用试验得到的沉降曲线,采用"经验双曲线法"推算出了地基最终沉降,然后得出按沉降推算的分层地基平均固结度随时间的变化。对比沉降推算的运行5 a时软土地基固结度和理论计算结果,二者基本接近,表明文中塑料排水板的模拟方法用于离心模型试验是可行的。通过与理论计算结果比较,表明试验采用的塑料排水板模拟方法是可行的。