纯粘土边坡稳定性的解析计算

采用解析方法,建立了纯粘土边坡(0=j)圆弧滑裂时安全系数的解析表达式;利用函数取极值的条件,提出了通过求解一代数方程组来确定边坡的临界滑裂面和最小安全系数的方法;并计算了某些边坡的临界滑裂面和最小安全系数。     

基于有限单元法的岩土边坡动力稳定分析及评价方法研究进展

该文给出了基于有限元法的岩土边坡动力稳定分析的主要方法,对这些分析方法进行了较为详细的表述和分析,在此基础上提出了平均地震系数计算的新方法,即对潜在滑动区域分块按有限元法计算地震系数,进而再按拟静力法计算安全系数。为了考虑滑动体变形对地震稳定系数和永久变形的影响,应建立地震响应与地震永久变形相耦合的计算方法。指出边坡在地震荷载作用下产生的永久位移或累积变形作为边坡稳定性评价指标是科学合理的。最后提出了基于性态的边坡抗震设计方法,包括边坡抗震性态水准的划分、性能指标的建立和抗震设计方法。     

爆破动荷载作用下边坡锚杆加固效果分析

岩质基坑边坡的加固措施常采用全长粘结式锚杆。为了研究在爆破动荷载作用下的锚杆加固效果,根据南溪长江大桥北岸锚碇基坑北侧边坡的爆破开挖情况,采用FLAC3D对基坑边坡加设锚杆前后的动力响应进行了计算。应用Bishop-拟静力法计算基坑边坡的动力稳定性系数。通过分析计算结果得出以下主要结论:加设锚杆后可以改善边坡的应力分布,减弱边坡坡脚处的应力集中现象,防止由于应力集中而导致的局部破坏;在爆破动力作用下,锚杆的轴力和砂浆剪应力均随时间的增加而增大,且增大的速率基本相同;加设锚杆后边坡的动力稳定性系数由0.98提高到1.33,提升幅度为36%。     

复理石顺层边坡最危险岩层倾角及简化的单一层面模型

最危险岩层倾角为0°～90°范围内使边坡安全系数最小的岩层倾角,该倾角是对顺层边坡稳定性最不利的岩层产状。以由岩块和岩层面组成的层状边坡为分析对象,采用有限元极限分析法的隐式节理模型分析了不同坡角对应的最危险岩层倾角。结果表明:最危险岩层倾角随坡角的增大而增大,对应安全系数的变化规律相反,最危险岩层倾角下的破坏均为整体顺层滑移破坏;通过极限平衡法得到最危险岩层倾角的理论公式,计算结果与有限元极限分析法偏离不超过2%;在众多岩层面中,对缓倾顺层边坡稳定性起决定性作用的为过坡脚的层面,采用单一层面简化模型得到的边坡破坏模式与常规模型相近,安全系数偏离不超过3%,缓倾顺层边坡可利用此模型进行简化的边坡稳定分析。     

地震作用下土钉支护边坡稳定性计算方法

考虑土钉对土质边坡稳定性影响的情况下,根据土体边坡滑动面的破坏模式,拟静力法,建立了地震作用下土钉支护边坡稳定性模型,推导了边坡滑移面圆心位置与稳定系数之间的函数关系.在水平地震作用下,竖向条分在计算地震惯性力和抗滑力矩时存在计算上的不合理,从而使地震惯性力与实际值有误差,抗滑力矩偏小,因此采用竖向条分和水平条分结合的方法对土钉支护边坡地震稳定性分析方法进行了改进.利用遗传算法对最危险滑移面的圆心进行动态搜索,并且避免了在圆弧搜索中陷入局部最小值的缺点.采用面向对象程序设计语言VC++编制了程序,实现了上钉支护边坡稳定最小安全系数的自动寻优.最后结合具体工程实例进行了验算,结果表明这种计算方法对土质较均匀的黄土地区是适用的.     

爆破作用下岩溶对边坡稳定性的数值模拟研究

露天矿山在爆破过程中势必会给边坡稳定性造成影响,特别是边坡处于岩溶发育区时更容易造成边坡失稳,为了研究在爆破作用下岩溶对边坡稳定性的影响,本文依托塘垭石灰岩矿山边坡工程,以该矿山+1014 m平台出露岩溶为研究对象,利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件进行数值模拟,考虑爆破振动效应影响,得到了围岩的应力分布,重点对比分析了有无溶洞条件下,爆破对边坡应力、爆破振速、边坡岩体损伤以及边坡有效应力产生影响的差异。研究结果表明：在台阶爆破时,由于溶洞的存在,使得台阶出现受力改变,出现多次应力集中现象,但台阶受力产生的应力值仅有7.6 MPa,仍无法达到破坏岩体的程度;不同空间位置的监测点,由于溶洞的存在,振动速度的差值变大,且垂直方向比水平方向的振动速度变化更大,尤其是空间位置靠近边坡坡面的监测点,对这种情况的反应更加明显,边坡坡面的监测点振动速度差值最大约1 cm/s,未超过安全允许振速;在爆破次数不断增加的过程中,岩体内部的损伤也在逐步加剧,且损伤在有溶洞的影响下更为明显,岩溶区半径越大,爆破次数越多,损伤就更为严重;对比前期开展的岩石单轴抗压强度实验得知,尽管溶洞的存在会造成应力...     

水平渗流作用下无黏性土接触冲刷细颗粒起动机理分析

为了在细观层面上研究水平渗流作用下无黏性土接触冲刷的临界水力条件,构建了粗-细粒土层接触面上细粒土的两种冲刷起动模型.根据细粒土滑动和滚动两种失稳模式进行受力分析,并采用层流假设对流动切应力进行分析.提出了上部为粗粒土、下部为细粒土的无黏性土接触冲刷水平临界水力梯度的理论计算公式,依据试验中接触面可动细粒土起动位置的特...     

移动荷载作用下渗流-应力耦合沥青路面动力响应

水与荷载的耦合作用是沥青路面早期破坏的主要原因之一。采用有限元数值分析方法,在弹塑性假设下利用ABAQUS软件,建立降雨入渗条件下的渗流-应力耦合沥青路面三维有限元模型,给出了材料参数、边界条件和荷载作用形式,实现了均布竖向移动荷载作用下的数值模拟,得到了耦合作用下沥青路面三向应力、竖向沉降、孔隙水压力等的空间分布情况,并与无水状态下应力场模型进行了对比分析,结果表明,渗流-应力耦合作用下,沥青路面各结构层内三向应力动力响应特性较无水状态时不同,使得沥青路面受力状态不利从而更易产生结构性损坏。     

叠层板在两项简谐激励作用下的组合共振分析

研究了在四边简支的边界条件下,正交各向异性矩形叠层板在两项横向简谐激励作用下的非线性组合共振及其稳定性问题。在给出了正交各向异性叠层板的振动微分方程的基础上,利用伽辽金法导出了相应的无量纲化达芬型非线性强迫振动方程。应用多尺度法对组合共振问题进行求解,得到了系统在稳态运动下的幅频响应方程。基于李雅普诺夫稳定性理论,得到了解的稳定性判定条件。通过数值算例,对几种复合材料薄板的共振特性进行了分析,分别给出了不同条件下系统运动的响应图、幅频图和动相平面图,讨论了不同参数对系统非线性动力学行为的影响。     

饱和土中摩擦桩竖向振动解析解及应用

采用与频率相关的桩土接触面模型建立了三维轴对称条件下摩擦桩在饱和土中的竖向耦合振动模型,通过势函数分解法和分离变量法求解了饱和土动力固结方程,利用桩土耦合条件得到摩擦桩竖向振动解,对桩周剪应力分布、桩顶的频率和时域响应进行了参数研究.结果表明,桩底支承系数和桩土接触面动刚度对桩土荷载传递有明显影响,频率相关的阻尼系数可...     

岩土的非线性冻结模型试验和相似准则

由于冰的比热和导热系数与水的比热和导热系数具有显著的差异性,因此土的比热和导热系数在冻结过程中是不断变化的。依据常热参数建立起来的温度场相似准则,难以准确反映土体在冻结过程中由热参数非线性引起的温度场演变。该文基于考虑热参数非线性变化的热传导微分方程,采用相似变换法导出了冻土模型试验中温度场的相似准则,并给出了采用原土进行模型试验时原型与模型应满足的相似关系。同时,在考虑第三类边界条件对相似准则影响的基础上,导出了模型土应满足的热物性相似条件。在此基础上,分别利用ABAQUS有限元软件对线性、非线性以及考虑第三类边界条件的原型和模型温度场进行了数值模拟,并对冻结过程中特征点的温度演变过程进行了分析。计算结果表明：建立的非线性导热相似准则能够正确反映原型冻土温度场的演变过程,说明模型土热参数的计算方法是合理的。同时表明,满足第三类边界条件的土体非线性冻结相似准则具有明确的物理意义和更高的实用价值。该研究成果为冻土模型试验中模型土的配制提供了切实合理的参数计算方法,为冻土水-热-力三场耦合模型试验的设计和实施提供了理论基础和技术支持。     

地热对井系统裂隙岩体三维渗流传热耦合的等效模拟方法

研究地热对井系统中的裂隙岩体渗流传热问题对于开采深层地热能和发展可再生清洁能源利用技术具有重要价值。基于渗流传热耦合理论和离散裂隙网络模型,提出了裂隙岩体三维热流耦合的等效模拟方法：考虑由岩块基质及复杂离散裂隙网络组成的双重介质,采用无厚度单元模拟裂隙、线单元模拟对井,通过裂隙、对井和岩块三者之间的流量和热量交换实现渗流和传热过程耦合分析。通过与解析方法和精细模拟方法相比较,验证了等效模拟方法的有效性;并将其应用于含大规模裂隙岩体地热对井系统热采过程的数值模拟,获取了储层内温度场的分布规律,评价了裂隙开度对储层平均温度和整体开采率的影响。结果表明：该文方法能够对裂隙及井筒中的渗流传热行为进行细致模拟,在保证精度的前提下,可大幅减小计算量和计算时长;裂隙网络的非均匀及各向异性分布导致岩体温度场分布呈现高度不均匀性,反映了热流耦合的早期热突破和长尾效应等特点;裂隙内水的对流传热作用明显,冷锋面沿储层内的主要贯通裂隙网络移动,裂隙开度是影响岩体温度场分布的重要因素。     

土工合成材料加筋边坡剪切屈服区特性和破坏模式

用有限元分析方法模拟筋材与土的相互作用,分析加筋边坡的稳定性,研究边坡加筋后剪切屈服区特性和破坏模式的变化,以及加筋层数和筋材拉伸模量的影响。结果表明,加筋后边坡的剪切屈服区和破坏模式发生改变,筋材拉伸模量和加筋密度不同,加筋边坡的破坏形态也不相同。筋材拉伸模量过低时,加筋边坡的剪切屈服区与素土边坡接近,加筋的稳定效果不明显,即便增大加筋密度对边坡安全系数的提高也不大;随着筋材拉伸模量增大,加筋的稳定作用增强,且随加筋层数增加,边坡的剪切屈服区宽度增宽,并向边坡内部和基础发展;对于加筋密度相同的加筋边坡,随着筋材拉伸模量的增大,边坡将呈现三种典型的破坏模式。     

水平载荷作用下土体与桶形基础的相互作用

本文从理论上分析了横向载荷作用下土体与桶形基础的相互作用。根据土体的简化弹簧模型,建立了单桶和四桶结构在横向载荷作用下力系的平衡方程,提出了估算水平载荷作用下桶顶水平位移的方法,并将桶顶位移的估算结果同三维有限元方法的数值计算结果进行了比较,发现两者相当一致。文中还对胜利油田CB20B桶形平台在几种不同工况条件下的地基稳定性进行了评价。     

一种渗流吸水诱发岩体强度弱化的有限体积数值计算方法

传统的渗流数值计算方法难以较真实地描述岩石材料性能劣化和渗透性演化机制。该文提出了一种渗流吸水诱发岩体强度弱化的有限体积数值计算方法。利用高斯散度定理采用有限体积法求解水在岩体中的渗流过程及岩体的变形破坏过程,建立了基质吸水引起岩体模量及强度弱化的理论模型及相应的数学表述。基于考虑吸水弱化算法的各向同性孔隙渗流模型,模拟了低、高两种边界流体压力下某粉砂岩试样的吸水软化过程和不同吸水时间下试样的单轴压缩过程。数值算例表明：边界流体压力越高,试样达到整体饱和状态的时间越快;渗流初期以自由水渗流填充孔隙为主,渗流后期以孔隙内自由水向基质吸水的转化为主;边界流体压力对渗流速率具有明显控制作用,但对基质吸水速度无影响;随着吸水时间的增加,试样的强度（黏聚力、内摩擦角）逐渐减小至残余值,得到的基质吸水含量随时间变化的数值解与理论解基本一致,表明了数值算法的计算精度,可以用于隧道突水、围岩稳定性等实际岩体工程问题的渗流-应力耦合效应分析。     

基于连续损伤的岩石渗流有限元分析

该文基于连续损伤力学,建立了含损伤的岩石渗流模型,研究岩石损伤破坏并分析其渗流特性。该文采用Weibull分布函数来模拟岩石弹性模量和强度的非均质特性,利用Biot本构关系建立含孔隙结构的弹性变形方程,结合Drucker-Prager强度准则、统计强度理论和连续损伤理论推导出岩石连续损伤演化控制方程及其定解条件,进而采用有限元法对其求解。该文给出的数值算例结果表明所提出的含损伤渗流模型适用于研究岩石的渗流特性,分析结果与实验数据吻合较好,且该求解方法可以对岩石体积压裂、岩层弱面进行可靠、有效的数值分析。     

三维稳定渗流的随机变分原理及有限元法

将渗透系数作为随机场引入泛函变分表达式中,应用小参数摄动法,推导建立了三维稳定渗流的随机变分原理和相应的随机有限元列式.并由此推导得到了水头、水力坡降的均值和方差表达式.为应用随机有限元方法对随机渗流进行分析提供了理论依据.最后,计算了一个典型堤防的水力坡降均值和标准差,分析了水力坡降标准差与渗透系数变异性之间的关系,结果表明此方法程序实施简便,计算效率较高.     

深孔松动爆破技术在特高陡边坡危岩体清除中的应用

高陡边坡危岩体的处理由于边坡地形复杂、高差大、机械设备利用率低,采用膨胀水泥静态爆破技术的成本高、效率低、劳动强度大且危险系数极大。利用三脚支架潜孔钻机,采用深孔松动爆破配合爆破振动监测手段处理高陡边坡危岩体效率高,成本、劳动强度及危险系数都大大降低,爆破对岩体影响小,有利于高陡边坡的稳定。本工程对高陡边坡地质灾害的治理具有很好的借鉴意义。