地震作用下黄土滑坡离散元数值模拟研究

为了对地震荷载作用下黄土滑坡的运动滑移规律进行深入探究,采用离散单元法对甘肃黑方台滑坡进行了地震荷载作用下的滑坡体运动数值模拟研究。结果表明：地震荷载作用下黄土滑坡存在滑源区、流通区以及堆积区3个部分,滑源区的残积土结构相较于滑动前更加松散;且滑源区近坡面不同位置颗粒的滑动位移差异性较大,处于滑坡体前缘的颗粒位移量最大,处于滑坡体后缘的颗粒位移量较小,随着深度的增加,颗粒的位移量逐渐减小,且差异性较大。     

崩塌体对桥墩冲击的离散元模拟

采用PFC3D程序模拟了崩塌体堆积过程以及崩塌体对桥墩的冲击。结果表明:滑坡颗粒堆积过程中,堆积半径随着时间的延长而增大,崩塌体滑动初期堆积半径扩大速度较快,但是随着时间的延长,堆积半径增大趋势逐渐变缓,最后稳定。崩塌体对圆柱体最大碰撞力随着缓冲区长度的增大而减小,最大碰撞力随着圆柱体直径的增大迅速增大,最大碰撞力随着颗粒摩擦角的增大近似线性增大,而最大碰撞力与内阻尼系数大小无关。     

土工袋双轴压缩的离散元数值模拟

鉴于土工袋材料介质不连续性的特点,采用离散元法模拟土工袋双轴压缩试验,从细观角度分析土工袋的力学特性。通过蒙特卡洛随机算法生成一定颗粒级配的土颗粒样本,计算时土颗粒间采用弹簧-阻尼器-滑块接触模型,袋子颗粒间采用皮筋-阻尼器接触模型。计算结果表明:土工袋的极限强度远大于无袋子土体的极限强度,土工袋破坏时的总体变形远大于无袋子土体破坏时的总体变形,且袋子颗粒间的张力呈非均匀分布;土工袋应力-应变的数值模拟结果与理论推导公式计算值吻合较好;竖向外力作用下,土工袋内部颗粒间力链由环状均匀分布向大主应力方向发展,颗粒位移呈对称性向两侧扩散,且袋子破坏是土工袋达到极限强度的直接原因。     

武功县紫凤头黄土崩塌灾害变形特征及稳定性分析

以武功县紫凤头崩塌为例,通过详实的野外调查,详细探讨黄土崩塌的变形破坏特征.以定性分析与定量计算相结合分析紫凤头崩塌稳定性,结果表明:黄土崩塌的变形特征为高陡临空面,降雨形成的落水洞,黄土垂直节理发育为贯通结构面;居民切坡建房挖窑洞形成直立临空面是造成该崩塌的主要因素,黄土结构疏松、裂隙发育,在降雨诱导下形成崩塌;针对...     

季冻区河流岸滩崩塌机理及其数值模拟研究进展

岸滩侧蚀崩塌现象广泛分布于世界各大江河之中,是一种危害较大的自然灾害.季冻区河流受水动力-冻胀/冻融耦合作用,岸滩崩塌机理复杂,影响因素众多,其崩塌机理研究对河岸防护和河流综合治理具有重要意义.从岸滩崩塌机理与力学模式、岸滩崩塌及河床冲淤交互作用数值模拟、典型季冻区河流(松花江及黑龙江)河道演变研究三个方面,对当前该领...     

砂土直剪试验离散元数值模拟与细观变形机理研究

基于离散元法进行砂土直剪试验模拟与剪切宏细观响应研究。采用试样分条带法研究砂土剪切过程中的变形发育情况;记录应力-位移关系,分析砂土剪切应力、应变特性与剪胀特性。通过分析接触力链、接触组构分布、配位数及滑动接触百分比等细观行为演化研究颗粒细观接触状态演变;基于局部孔隙率变化分析颗粒细观分布状态演变;采用颗粒累积转动量和速度场分析颗粒细观运动状态及剪切带发育的细观机制;对离散元软件PFC^2D进行二次开发,实现主应力的可视化。研究表明应变局部化集中于颗粒转动、接触滑动、体胀明显的剪切带内,剪切带内外颗粒不同的运动状态导致细观参量的变化,剪切带厚度为(10~15)d₅₀;力链网络、接触组构和主应力场本质上是一致的,三者主方向在剪切过程中发生了近似一致的偏转。     

非饱和重塑与结构性黄土平面应变试验三维离散元模拟

黄土的宏观力学行为受其微观结构影响显著,为探究非饱和重塑与结构性黄土在平面应变条件下的宏微观力学性质,采用考虑粒间吸引力与化学胶结的非饱和结构性黄土胶结接触模型,开展了非饱和重塑与结构性黄土常含水率条件下的平面应变三维离散元模拟。分析了平面应变条件下不同有效围压对黄土宏观力学行为的影响,并探究其微观机理。模拟结果表明:有效围压对非饱和重塑黄土与结构性黄土应力应变响应影响存在较大差异。非饱和重塑黄土在较小有效围压时呈应变硬化,随有效围压的增大逐步过渡为应变软化,而结构性黄土在不同有效围压下均表现为应变软化,且围压越小,应变软化越显著。在微观尺度上,胶结达到轴向应变2％时开始持续破坏,对于结构性土的峰值应力影响显著;胶结同时会阻碍结构性土各向异性发展。     

地震崩塌滚石灾害特征研究

以＂5.12汶川地震＂诱发岩崩滚石为调查对象,根据影响滚石运动特征的因素,对地震力作用下崩落滚石的规模、形状、岩性、落点轨迹、散落范围及斜坡地形地貌、坡度、覆盖层性质等进行了详细调查,并选取3个典型地震崩塌滚石灾害点为研究对象,系统总结了不同性质坡段滚石滑动、滚动、跳跃不同运动方式转化的影响因素,并依据滚石停积特点,分析了不同环境条件下,地震崩塌岩体形成滚石的运动特征、消能方式及危害范围。     

素混凝土桩复合地基承载机理的离散元分析

采用二维离散单元法模拟了素混凝土桩复合地基的浅层平板载荷试验。将数值试验结果与现场试验结果对比,以验证离散单元法的适用性,并基于加载过程中地基土体的宏微观响应,分析复合地基的破坏机理。分析结果表明:土体的转动场、应力偏转等变化较大的区域主要集中在直接承载的桩体周边区域,越向外侧所受影响越小;当荷载超过地基极限承载力时,复合地基发生冲切破坏,桩端发生刺入破坏;桩顶荷载、桩侧阻力、桩端阻力、桩土应力比与沉降的变化规律与现场试验结果相似,说明采用离散元法分析素混凝土桩复合地基的承载机理是可行的。     

基于离散元的危岩群体崩塌影响因素分析

为研究危岩群体崩塌因素,给工程施工提供依据,以新疆喀什地区盖孜河狭窄区域的危岩群体为研究对象,用离散元软件对该区危岩群体崩塌过程进行了模拟.结果表明:危岩破碎度与崩塌时间呈正相关,危岩高度、震动强度以及背立面角度与崩塌时间呈负相关,节理面角度对崩塌时间的影响不明显;另外,块体发生崩塌的位移角与块体大小有着直接关系,块体...     

考虑施工过程影响的黄土湿陷性变化特性

关于黄土湿陷机理及其对工程的影响,已做了较多的深入研究。但是,考虑施工工艺及施工过程对黄土湿陷性影响方面的研究却很少。结合工程实例,针对桩基础施工中常见的旋挖成孔灌注桩施工工艺及施工过程的特点,讨论了其如何对湿陷性土层进行反复浸湿的原因与过程以及加速湿陷沉降的施工外荷载特征。在施工前后两种工况下,通过对土层含水率、湿陷系数、湿陷量的测试与计算,得出施工后湿陷性土层的含水率增大,但其湿陷系数与湿陷量却明显降低,表明该施工工艺及施工过程使得土层湿陷性作用较施工前明显减小。更多还原     

山西典型黄土崩塌破坏模式及其早期辨识

针对黄土崩塌隐蔽性、突发性的特点,旨在实现黄土崩塌的早期辨识及预判,并提出相应的应急防治措施。通过对山西典型黄土崩塌破坏模式进行分类总结,归纳了黄土崩塌不稳定界面及相应的诱发因素,提取了黄土崩塌早期辨识特征因子;通过综合指数法对崩塌危险性进行了半定量分析;按照量化评价标准,对黄土崩塌危险性进行分级;根据不同的危险性级别,采取相应的应急防治措施;突出变形迹象对黄土崩塌的贡献,实现优先判别。研究表明:①黄土崩塌的变形破坏主要集中于4种岩土体结构组合、5个典型破坏接触面;②黄土崩塌危险性可划分为高、中、较低、低4个级别,对应应急避让、临灾监测、应急调查、勘查、治理等防治措施;③变形迹象评分结果达到判定级别“危险性高”时,可直接介入地质灾害预警预报措施。     

水分长期入渗诱发黄土滑坡的机理研究

以陕西省洛川县延炼黄土滑坡为例,通过实地调查和现场钻探,发现每年冬季热水管道凝结水的入渗导致了该滑坡的发生,分析探讨了这种长期间断性的水分入渗诱发黄土滑坡的机制。通过的室内试验获得用于斜坡渗流及稳定性分析的物理力学参数,将极限平衡法与有限元法相结合,计算不同渗水阶段斜坡稳定系数。结果表明:随着水分的入渗,非饱和黄土渗透性能的增强,长期间断性渗水过程中引起的斜坡水文响应明显;渗水期间,斜坡土体含水率增大,基质吸力减小,非饱和黄土的抗剪强度降低,局部地下水位上升,进而导致斜坡稳定性降低;停渗期间,土体含水率减小,基质吸力增大,非饱和黄土的抗剪强度升高,地下水位降低,斜坡稳定性升高;数十年的这种间断性渗水过程中,斜坡稳定性呈波动性降低,直至破坏。     

陕北地区黄土崩塌破坏模式分类及防控对策研究

黄土崩塌病害问题成为困扰陕北地区基础建设的技术难题,严重威胁交通、建筑的运营安全,但针对其崩塌破坏模式及对应防控对策展开系统、总结性的研究较少。基于陕北地区黄土边坡特有发育特征,综合分析该地区典型黄土崩塌灾害,对陕北黄土崩塌破坏模式进行系统提炼、归纳,从破坏形式上将其分为:剥落式、崩落式、台阶式、倾倒式、滑移式、冒落式6种;从破坏驱动机制上将其分为:应力型驱动、节理型驱动、扰动型驱动、混合型驱动4种。此外,针对各自的破坏模式,通过广泛归纳目前常用处置手段,提出各自对应的有效防控对策。研究成果对于陕北地区黄土崩塌破坏认知、具体防控手段选择具有重要工程参考价值。     

TBM滚刀破岩机理与影响因素数值模拟研究

为研究全断面岩石掘进机(TBM)滚刀破岩机理与破岩效果影响因素,采用颗粒流程序(PFC)建立滚刀破岩模型,通过单轴压缩与巴西劈裂试验结果,标定PFC程序参数,模拟滚刀破岩过程并对岩石强度、围压等破岩效果影响进行研究分析。结果表明:滚刀破岩历经前期压密、中期挤压剪切、后期挤压张拉破坏的组合破岩模式,整个破岩过程中滚刀出现反复加-卸荷交替及跃进破岩现象。岩石强度过高难以产生径向裂纹、强度过低侧向裂纹扩展不明显,破岩效果均不佳,TBM滚刀只对于中等强度范围内岩石较为合适。围压影响裂纹生成与扩展,较高时将抑制径向裂纹发育,降低破岩整体效果。研究成果可为TBM选型及滚刀设计提供一定参考。     

考虑土体坍塌的单层堤基管涌数值模拟方法研究

为了更真实地模拟土体管涌发展过程,需要考虑管涌区以上土体可能发生的坍塌。根据土拱理论和土体坍塌机理,提出了单层堤基管涌区上覆土体稳定性和坍塌的判别方法,完善了堤基管涌扩展数值模拟方法和程序。通过对有悬挂式防渗墙的单层非黏性土堤基管涌扩展过程的模拟,揭示了考虑上覆土体稳定性和坍塌作用时的管涌扩展规律。结果表明：管涌扩展初期,土体没有产生坍塌;当管涌扩展接近悬挂式防渗墙时,管涌区上覆土体开始出现坍塌;当管涌绕过防渗墙向上游扩展后,管涌区上覆土体的坍塌对管涌扩展路径影响较大。这说明,管涌发展到一定阶段后,土体实际发生破坏的区域比不考虑坍塌作用时模拟得到的破坏区域更大。     

天然黄土节理水流入渗试验及数值模拟

节理广泛存在于黄土地区,是分割黄土的结构弱面和水流入渗优势通道,目前对其工程特性尤其是水流入渗规律的研究较少。首先通过模型试验分析典型含单节理黄土的水流入渗分布及范围,然后采用SEEP/W数值模拟软件,根据模型试验结果,利用非饱和渗流理论结合数值分析的方法得到典型节理宽度为0.41,0.8,1.24 mm的黄土体的等效饱和渗透系数分别为1.5×10^-4,1.67×10^-4,1.83×10^-4 cm/s,最后研究了节理对水分场分布的影响及节理数量、节理间距等对入渗范围的影响规律。结果表明,节理对黄土水分场有较大影响,湿润区深度随节理数量的增加而大幅增加;随节理间距的增大,节理对水流入渗深度的影响逐渐消失,而湿润区宽度受节理间距的影响较小。研究成果对黄土节理渗流规律研究、含节理隧道及地下工程稳定性评价、控制水土流失等具有重要意义。     

旋转流场中沙粒运动的数值模拟

本文给出了低含沙浓度旋转流场中沙粒运动的数值方法，并得到了沙粒运动方程的通解，同时数值模拟了一水轮机转轮流场中的沙粒运动。     

引洮供水二期工程湿陷性黄土工程地质特性研究

结合工程实际,对引洮供水二期工程所遇到的湿陷性黄土,从结构、分布、物理力学性质、工程地质特性等方面进行了探讨、研究,总结出黄土湿陷的部分原因,找出陇西地区黄土湿陷性的变化规律;提出了工程处理措施,对工程建设具有一定的指导意义。     

非饱和重塑黄土应变控制等应力比试验三维离散元分析

黄土地区工程建设中有大量填方工程,填方工程中土体可能承受等应力比压缩荷载,为了研究非饱和重塑黄土在较高应力比下的宏微观力学性质,运用应变控制加载方式开展了不同应力比的非饱和黄土等应力比试验离散元数值分析.数值模拟中,考虑颗粒间转动和扭转抗力及范德华力并采用分层欠压法制备均匀松散黄土数值试样,引入粒间引力反映毛细力作用....