崩滑灾害临界位移演化的指数律

基于锁固段概念和重正化群理论,从新的思路和视角出发,提出崩滑灾害临界位移演化的2个指数律,发现斜坡失稳的临界位移与加速蠕变起点的位移和锁固段的个数有关。第一律适用于斜坡的脆性破坏分析,例如岩崩、滚石和岩体倾倒破坏;第二律适用于斜坡的蠕变破坏分析预测,例如岩滑、堆积层滑坡、黄土滑坡以及含锁固段的黏土滑坡。多个典型滑坡实例分析表明上述指数律的广泛适用性与可应用性。所提出的方法能够在崩滑灾害的中期、短期及临阵预报方面发挥作用。     

黄土滑坡滑带土的蠕变特性

从陕西泾阳泾河南塬11个新近发生和临滑的黄土滑坡不同深度位置采取原状土样,根据滑坡所处的地质环境和灌溉水诱发条件,按不同应力水平和不同含水率情况,分别对滑带黄土和古土壤进行了三轴蠕变实验和直剪蠕变实验,获得了该类滑带土的蠕变特性:蠕变形变均包含等速蠕变、加速蠕变和蠕变破坏3个阶段,但从加速蠕变到蠕变破坏均历时短暂;滑带土均表现为塑性破坏特征;滑带土发生蠕变破坏时对应的应变量ε基本在10%以下,随着含水率的增加,蠕变破坏相应的应变量也随之降低;而直剪蠕变在不同含水率下的破坏应变量都在4%以内;历时(t0 min)的应力–应变等时曲线族几乎为一束曲线簇,均具有"归一化"现象,反映出该区滑带土具有良好的一致的蠕变变形特性。讨论了滑带土蠕变特性与边坡失稳时间预报模型之间的内在联系,为黄土滑坡的临滑预报作了实验研究和理论探讨。     

考虑蠕变特性的滑坡稳定状态分析研究

岩土体的蠕变特性是影响滑坡变形和稳定状态的重要因素。进行滑坡稳定性分析,依据位移监测资料进行预警预报,都有必要考虑滑坡的蠕变特性。以重庆云阳凉水井滑坡工程为背景,采用考虑蠕变特性的强度折减法,从宏观观测现象分析、监测位移趋势分析和数值模拟分析3个方面,研究滑坡变形破坏机理。研究表明,通过对比监测位移–时间曲线和不同安全系数所对应的计算位移—时间曲线,定量判断滑坡稳定状态,结合定性经验分析,可准确进行预警预报,为工程决策提供重要参考。     

三峡库区侏罗系顺层滑坡滑带土的剪切蠕变特性

滑带土的蠕变行为对滑坡的预测预报和长期稳定性分析具有重要作用。选取三峡库区侏罗系典型顺层滑坡—万州兴福寺滑坡为研究实例,针对滑带土重塑样,先进行三轴压缩试验测定其峰值及残余抗剪强度指标,然后开展不同法向应力和不同含水率下滑带土试样的剪切蠕变试验。试验结果表明:①兴福寺滑坡滑带土在初始破坏之前经历瞬时蠕变和衰减蠕变阶段,并最终稳定在低速率的等速蠕变阶段。②法向应力越大,滑带土剪切蠕变速率和变形量越小,各级法向应力下蠕变破坏时的剪应变均小于5%。③含水率对滑带土剪切蠕变速率的影响不甚明显。含水率低于塑限时滑带土剪切蠕变模量最大。随着剪切蠕变的进行,低含水率和饱和试样的剪切蠕变模量均在短时间内急剧降低并分别稳定在某一稳定值,而含水率略高于塑限的试样则呈缓慢降低趋势。与此相反的是含水率接近液限的试样呈缓慢增大趋势。④滑带土长期黏聚力为峰值和残余黏聚力的70%和15.0倍,长期内摩擦角为峰值和残余内摩擦角的69%,70%,各强度指标均受滑带土细颗粒含量的影响。     

黄茨滑坡预测预报分析

在介绍了黄茨滑坡地质概况的基础上,简要介绍了滑坡预测预报理论与方法,既而引入基于位移信息的Verhulst灰色模型和日本斋藤的蠕变模型两种方法对黄茨滑坡进行了预测预报系统分析。     

双层反翘滑坡弯曲蠕变及时效变形特性研究

 为了研究双层反翘滑坡的变形破坏机制,以襄十高速公路韩家垭滑坡为背景,结合非线性蠕变模型建立考虑岩层弯曲蠕变特性的时效变形方程及平面应变条件下反翘弯曲岩层的蠕变压屈方程,对双层反翘滑坡的弯曲蠕变及变形破坏机制进行深入阐述,提出根据岩层反翘弯曲蠕变的变形速率进行滑坡稳定性评价及预测的方法,并就不同荷载水平下岩层的蠕变压屈失稳机制进行探讨,最后将分析结果与现场监测成果进行定性对比,结果表明：在雨季时,滑坡前缘岩层的荷载水平在 ＞ ＞ 之间,岩层的反翘变形逐渐累积,滑坡发生延迟性失稳破坏;在旱季时,其荷载水平为 时,滑坡处于暂时稳定状态。采用本文模型对该滑坡进行定性分析、评价合理可行。     

三峡库区堆积层滑坡变形破坏演变机理

滑坡的蠕变破坏演化机理指在滑坡各种诱发因素作用下,显示滑坡的发生、变形、破坏的全过程与时空规律。该文从宏观观测、监测数据与数值计算三个方面分析研究了滑坡演化机理,提出了相应的滑坡阶段划分及其评价指标。重点是应用有限元极限分析法和黏弹塑性模型,给出了滑坡监测点的位移-时间曲线;直观显示了滑面的受力、变形到破坏的全过程;通过计算位移-时间曲线与监测位移-时间曲线的对比,给出了滑坡不同时刻的实时稳定安全系数,由此可确定滑坡已经进入哪一阶段,并获得滑坡的临滑时间及预测最终滑动时间,为滑坡的预报预警提供可靠依据。从而使滑坡演化机理的认识提升到可视的、定量的、可预测的阶段。     

边坡变形曲线的正态特性及模糊优选法定权研究

岩土体蠕变曲线是描述边坡变形的重要方式,其位移–时间曲线三阶段过程被视为是滑坡滑动时间预报的基本标准,据此提出了许多滑坡预报方法。研究发现它与正态分布曲线非常相似,基于此,首次提出了用修复的正态分布曲线拟合蠕变曲线的方法和模型。同时考虑岩土工程的随机性和模糊性,应用模糊优选理论对有关数学模型解算中权的确定进行了研究,并给出了相应的计算权重模型。由于模型是对蠕变曲线所有阶段进行拟合,因此有望实现滑坡的全程预测预报。实际计算结果表明,所提出的方法具有一定的实用性。     

改进西原模型的三维蠕变本构方程及其参数辨识

 传统西原模型由虎克体、黏弹性体以及黏塑性体串并联组合而成,难以描述岩石非线性加速蠕变阶段的流变特性。通过在西原模型上串联一个带应变触发的非线性黏壶,提出改进的西原模型,推导岩石在恒应力情况下的三维蠕变本构方程,并采用该流变模型对三峡库区万州红层砂岩流变试验全过程曲线进行辨识,获得模型各参数值。与试验结果的对比分析表明,改进的西原模型不仅可以充分反映岩石初期蠕变、稳定蠕变阶段的流变特性,还可以很好地描述岩石加速蠕变阶段的蠕变规律,明显优于传统的西原模型。加速蠕变是滑坡临滑预报的关键阶段,该模型对加速蠕变阶段的成功描述,对滑坡临滑预报具有一定的指导意义。     

纤维纱加筋黄土一维蠕变特性试验研究

将纺织废旧布料经过开松、分梳、切断制成纤维纱,在黄土中掺入一定比例及长度的纤维纱,制备成纤维纱加筋黄土,利用一维蠕变仪研究在不同竖向荷载作用下,纤维纱加筋黄土的一维蠕变变形特性。试验结果表明：在不同竖向荷载作用下,纤维纱加筋黄土的蠕变应变均小于素黄土的蠕变应变,纤维纱加筋对于抑制黄土的蠕变变形具有积极作用;当竖向荷载大于400k Pa时,纤维纱加筋黄土达到稳定蠕变的时间相较于素黄土更长;随着纤维纱掺加比例及纤维纱掺加长度的增大,纤维纱加筋黄土的蠕变应变呈现出先减小后增大的变化趋势;纤维纱最佳掺加比例为0.3%,纤维纱最佳掺加长度为30 mm。构建可以反映土体进入蠕变阶段后,长期强度稳定性能的蠕变指数表达式,当竖向荷载在400～800 kPa时,蠕变指数增长显著,当竖向荷载大于800 kPa时,蠕变指数随竖向荷载的增大逐渐趋于稳定。结合一维蠕变试验数据,建立了考虑纤维纱掺加比例及纤维纱掺加长度影响的纤维纱加筋黄土一维蠕变经验模型。     

分级加卸载条件下Q3黄土三轴蠕变特性研究

采用分级增量循环加卸载方式,利用SR-6型三联式三轴蠕变仪对陕西省泾阳县某边坡原状黄土进行了三组室内三轴固结排水蠕变试验,着重研究了黄土黏弹塑性的基本规律,以此建立了黏弹塑性九元件蠕变模型。结果表明:该地区原状黄土具有明显的流变特性,总体呈线性衰减蠕变;卸载后,土样产生衰减黏弹性回弹变形,回弹量随着卸荷量的减小,围压的增大,含水率的增大而减小;加卸载应力历史对黄土蠕变变形具有累积效应;该地区原状黄土的回弹变形不明显,黏弹性变形在蠕应变中所占比重较小;所建立的元件蠕变模型可以较好地描述该地区黄土的三轴线性蠕变特性,物理意义明确,且模型参数易得。     

黄土剪切蠕变特性试验研究

 通过对陕西杨凌地区Q3黄土的直接剪切蠕变试验,研究原状、重塑和饱和黄土的蠕变特性。结果表明：原状、重塑和饱和黄土均具有蠕变特性;相同试验条件下,饱和黄土的蠕变速率最快,蠕变变形量最大,重塑黄土次之,原状黄土蠕变现象较不明显。根据蠕变曲线形态特征,建议一种对数型蠕变模型;选用分数线性蠕变模型模拟杨凌地区Q3黄土的剪切蠕变特性,经验证,该模型能很好地描述杨凌地区Q3黄土的剪切蠕变特性。另外,基于试验数据,拟合出剪切模量和法向应力、时间的关系,为确定剪切模量提供一条新途径。     

浅析黄土滑坡与滑塌

分析了中国西北黄土高原地区的黄土滑坡与滑塌的地质特征，同时比较了二者之间的本质区别，阐述了黄土滑塌灾害的研究要点，从而综合防治黄土高原地区的地质灾害。     

岩石流变特性及高边坡稳定性流变分析

叙述了岩石的压缩蠕变试验及方法；将蠕变强度和瞬时强度作了比较；拟合出了蠕变曲线经验公式；得到了蠕变理论模型及其参数；经综合分析和类比确定了蠕变参数。利用开发出的岩质边坡稳定性流变分析微机软件，对三峡船闸边坡进行了模拟边坡开挖过程的粘弹性有限元分析，并计算了船闸运行期边坡岩体的长期变形。     

具有水平表面岩土斜坡粘弹性位移解析解

阐述了暴雨、降雨和流水侵蚀等自然条件下,天然岩土斜坡由于自重作用而发生的二次蠕变现象,以及由于人为的某种原因改变了天然斜坡原始的地应力,而引起的二次蠕变现象。近期,提出了粘弹性力学蠕变柔量解法,给出了一种新的弹性位移理论公式和相对应的通用于 5 种不同本构关系的粘弹性位移理论公式,使弹性和粘弹性对应原理的理论描述简化。以岩土斜坡的二次蠕变现象为例,阐述了 2 种理论公式的应用方法,即由弹性位移解析解求解粘弹性位移解析解的简单解法。依据古德曼给出的具有水平表面岩土斜坡弹性位移解析解,将其中的力学参数式作简单的代数变换,分别引入 5 种粘弹性本构关系的蠕变柔量和广义蠕变柔量的解析式,得到具有水平表面岩土斜坡的符合 5 种粘弹性本构关系的粘弹性位移解析解。     

结构面的剪切蠕变特性及本构模型研究

岩体结构面的蠕变特性研究对解决岩石力学实际问题具有很重要的意义,结构面的蠕变力学性态往往控制着岩体的时效变形和长期强度,研究结构面的剪切蠕变特性是岩石流变学的一项重要内容。通过规则齿形结构面在不同法向应力条件下的剪切蠕变试验,研究了不同角度结构面的剪切蠕变特征,并根据蠕变试验结果,对结构面的剪切蠕变特性进行了描述,对结构面剪切蠕变试验过程中的蠕变速率特性进行了研究。研究表明,结构面在蠕变试验过程中,严格意义下的稳态蠕变是不存在的,常说的稳态蠕变实际上是蠕变速度随时间缓慢减小的近似稳态蠕变过程。最后,提出改进Burgers模型来描述蠕变的剪切蠕变特性,并讨论了改进的Burgers模型对于描述结构面剪切蠕变特性的适用性。     

变参数蠕变损伤本构模型及其工程应用

 考虑岩体的流变损伤劣化效应,建立一个变参数的蠕变损伤本构模型,该模型将岩体流变力学参数看作是非定常的,认为岩体流变参数随时间逐渐弱化,从而直观反映材料的损伤劣化过程。推导该蠕变损伤本构模型的三维差分表达式,并通过C++与FISH编程对有限差分软件FLAC3D进行二次开发,实现本构模型的程序化。将该模型应用于大岗山水电站坝基边坡工程,基于现场压缩蠕变试验,反演坝区岩体的蠕变损伤参数,通过坝区边坡开挖三维蠕变损伤稳定性计算,获得对边坡开挖设计和施工具有指导意义的建议和结论。     

隐伏非贯通结构面剪切蠕变特性及本构模型研究

结构面控制岩质边坡失稳的边界,自然界中大量结构面是非完全贯通的,且隐藏在斜坡内部,非贯通结构面研究对于揭示斜坡启动破坏机理及稳定性具有重要意义。隐伏非贯通结构面的岩块取样困难且不能大量复制,通过室内制作一种隐伏非贯通结构面模型,在单轴压缩试验和剪切试验的基础上,采用YZJL-300型岩石剪切流变仪,对隐伏非贯通结构面岩体进行剪切蠕变试验,并对蠕变特性进行研究。根据蠕变试验的阶段特征,引入一个适用于结构面的非线性黏性加速元件和材料损伤变量,建立一种非贯通结构面的剪切蠕变损伤本构模型,并根据拉普拉斯变化推导三维剪切蠕变本构方程。利用L-M算法和全局优化法对所得的蠕变试验曲线进行辨识,求解模型参数。经过辨识并对比试验结果和模型拟合结果,新建立的本构模型能较好地反映非贯通结构面蠕变特性,对揭示岩质斜坡的长期稳定性和时效演化有借鉴意义。     

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。     

加载路径对重塑黄土一维蠕变特性的影响

黄土因具有蠕变特性,在荷载v??不变的情况下,蠕变时间t的增长也能引起土体孔隙比的减小,假设蠕变时间的增长也为一种加载,为探求重塑黄土变形量的v??-t加载次序相关性,进行了4种加载路径的试验,试验结果表明:重塑黄土变形量的v??-t加载次序相关性显著,虽然各试样的最终荷载相同,加载过程中的蠕变时间也相同,但是,在一级加载过程中,先蠕变的试样比先施加荷载的试样变形量小,在分级加载过程中,按照"荷载—蠕变—荷载"施加次序的试样比"荷载—荷载—蠕变"施加次序的试样变形量小,此结论可为工期较长的高填方工程的施工计划安排提供一定参考。姚仰平等提出的一维蠕变公式能较好反映重塑黄土变形量的蠕变时间和荷载的加载次序相关性,公式所需5个参数均能简单获得。