柱状节理岩体宏观等效弹性模量尺寸效应研究

以金沙江白鹤滩水电站工程为背景,结合相关的岩石力学试验方法,建立了柱状节理岩体三维离散元模型,对柱状节理岩体进行了三轴压缩试验数值模拟。数值试验研究了六棱柱形柱状节理岩体柱体直径变化、四棱柱形柱状节理岩体柱体边长、节理错距变化对其等效弹性模量的影响。为研究随机柱状节理岩体柱体尺寸对岩体等效弹性模量的影响,提出柱体大对角线长尺寸控制方案,并研究了柱体大对角线长变化对岩体等效弹性模量的影响。通过与现场试验的对比研究,结果表明：随机柱体尺寸控制方案可靠;柱体尺寸的变化对与柱体垂直方向的等效弹性模量影响较大,是主要影响因素;四棱柱形柱状节理岩体错距变化主要对与错距平行的岩体等效弹性模量产生影响,对其它两个方向的等效弹性模量的影响较弱,是次要影响因素。研究结果为工程实践中等效力学参数的确定提供了相关参考。     

基于灰度方差统计的冰水堆积体细观建模与力学特性研究

提出一种基于数字图像处理技术生成颗粒流模型模拟冰水堆积体力学特性的新方法。该方法以基于比特平面分解的图像消噪技术对数字灰度图像进行预处理,采用最大类间方差算法求解自适应阈值实现图像二值化分割,通过最近像素插值算法建立反映冰水堆积体细观结构的隔层错位模型。将该方法应用于云南古水水电站坝前冰水堆积体工程,通过双轴压缩试验模拟表明:该方法能克服基于像素直接对应建立模型时发生轴向压缩的缺点;由土石混合而成的冰水堆积体在双轴压缩下的应力–应变关系呈硬化特性,岩块的存在增加了弹性模量和峰值强度;土体黏结强度提高对峰值强度有影响,但对初始弹性模量影响不明显;低应力条件下,堆积体近似满足莫尔–库仑强度准则,且与剔除块石影响的"土体"相比,内摩擦角提高了0°～9°,黏结力提高了300 kPa。该方法可为现场冰水堆积体的参数确定提供理论依据。     

高地震烈度区岩体地下洞室动力响应分析

 考虑地震荷载特征及地下洞室的特点,利用动力时程分析法,对金沙江两家人水电站地下厂房洞室进行地震动力响应分析。研究自然地震波作用下,有无衬砌工况下的厂房洞室相对位移、点安全系数变化趋势,分析地震波穿越地下洞室时位移变化规律及厂房洞室衬砌抗震效果。结果发现：地震波传播除了受介质、结构面分布的影响外,还受岩体洞室面的影响,洞室自由面附近岩体的振动强度被放大;地下洞室断面质点最大相对位移、点安全系数波动规律与地震波谱相似;地下洞室壁及F4断层未出现较大永久性位移,处于弹性可恢复范围;施加衬砌后洞室的振动强度降低,洞室围岩刚度增大,其所承受的地震荷载亦随之增大,而位移减小,支护后洞室最大相对位移及永久性位移比无支护工况下分别平均下降10.88%和29.20%,洞室衬砌抗震效果良好。研究结果可为类似工程问题提供参考。     

裂隙岩体断裂破坏扩展数值模拟研究

为进一步了解复杂裂隙断裂破坏过程,基于断裂力学理论,采用PFC2D软件对不同裂隙数量岩体进行数值试验,分析裂隙倾角、围压等因素对岩体强度及裂纹扩展的影响规律。研究表明：随着裂隙倾角增大,单裂隙峰值应力和起裂应力先减小后增大,当围压由2 MPa增加到8 MPa时,峰值应力约从120 MPa增大到160 MPa,且起裂应力随着围压增大而增大,与理论分析结果一致;双裂隙倾角为30°和45°裂隙扩展以翼型裂纹和次生斜裂纹为主,裂隙倾角为60°和90°时主要为共面次生裂纹;不同围压下,随着预制裂隙数量增多,裂隙岩体试样峰值应力逐渐减小。研究成果为进一步探索裂隙岩体失稳破坏规律提供参考。     

基于3DEC的节理岩体边坡地震影响下的 楔体稳定性分析

 首先，对于地震影响下节理岩体边坡的楔体滑动破坏，给出不同情况下楔体滑动安全系数的计算公式；然后，分析滑面上法向力作用点位置变化的距离 和楔体的安全系数与剪切力和水平面的夹角 ，水平地震力系数 和竖向地震力系数和水平地震力系数的比值l之间的关系。分析结果表明， 随着 和 的增大而增大，但随着l的增大而减小；楔体的安全系数随着 和 的增大而减小，但在同样大小的水平地震力系数下，随着l的增大而增大。最后，分析考虑地震影响下楔体安全系数计算在3DEC中的实现过程，并且给出计算过程中的2个重要步骤：确定空间三角形的面积和四面体的体积以及确定两节理面的交线矢量。最后，通过实例分析，说明该理论分析的正确性及合理性。     

多元混合介质骨料的随机构形生成方法及应用

土石多元混合介质是一种内部结构复杂、规律性差,非均匀、不连续的混合体,其力学特性与破坏机制受复杂多变的细观结构影响较大。从多元混合介质的细观结构特征分析出发,结合统计学、几何学、计算机学等技术,利用Visual C++程序语言开发任意凹凸多边形及圆形块体的多元混合介质细观随机构形生成系统M-MRMS2D。利用该系统,根据块体形状、光滑度、骨料种类、骨料含量等逐级配随机生成混合介质数值模型,将其运用于云南省古水水电站争岗滑坡堆积体的物质组成分析,利用数值试验分析多元混合介质的应力–应变曲线、变形破坏特征及宏观力学性质等,对深入了解土石多元介质的力学性质有借鉴意义。     

小波包分析在节理岩体动力计算中的应用研究

节理岩体边坡的变形与破坏,一般具有大变形的特征,且节理面对响应大小起控制作用。传统的振动响应对网格、阻尼有诸多要求,并可能导致震动响应的高频部分不合理。考虑到振动信号频谱虽然很丰富,但一般存在一个或几个优势频率段。在这个频率段内,能量相当集中、振幅相对较大,对节理岩体的位移响应起决定作用。结合小波包频带分析,先对振动输入波采用小波包分析,然后根据各频段的重构波形采用时程分析法计算节理岩体的位移响应。研究成果表明:小波包比传统的傅里叶变换更具有优势,小波分频带分析不仅可以看到时域特征,而且可以精细刻化其频域特征,降低模型网格的要求和计算工作量,对于节理动力分析是一个很好的选择。     

水下重锤夯击能及夯击效果试验研究

重锤夯实是水下抛石基床密实工艺中的重要方法。根据流体动力学,本文建立夯锤在水中运动的计算模型,然后通过室内缩比尺试验,得到了夯锤水下绕流阻力系数经验取值;最后探讨了不同夯锤几何、不同落距对夯实效果的影响。结果表明:圆台型夯锤与圆柱形夯锤相比,由于有倒角,在水中的绕流阻力系数可以小至1.0;同一夯击能作用下不同锤型对抛石基床的夯实效果相差在5%之内;同一夯锤不同落距作用下,落距越大,抛石基床沉降量越大,夯击应力越大,但抛石基床沉降率存在一个极限值。     

滑石板顺层岩质高边坡稳定性及加固措施研究

 针对两家人水电站滑石板顺层岩质高边坡工程地质条件的特殊性,研究该边坡在1996年地震过后降雨条件下的滑塌成因,滑石板边坡在侧滑面、底滑面已经非常明显以及后缘拉裂面基本可以确定的条件下,有2个基本问题需要明确：(1) 侧滑面和后缘拉裂带的贯通率;(2) 底滑面岩体力学参数的取值。2个基本问题的确定通过滑石板边坡历史上已滑塌区域的边坡失稳破坏过程来反演分析,并且与中国水电工程顾问集团公司贵阳勘测设计院现场勘测、岩石室内试验结果以及国内类似边坡工程的经验取值进行对比分析,寻找出最为合理的计算参数。在此基础上对边坡进行稳定性分析,由于边坡在非正常工况下存在滑塌的可能性,因此对边坡进行加固处理是必要的,通过对边坡加固位置的计算分析可知,对边坡底部进行加固处理不仅能够提升局部的稳定性,同时也能保证边坡整体稳定性。在此基础上设计了3种加固方案,对这3种加固方案进行计算分析,可寻找出最为经济合理的一种加固方案。     

暴雨作用下杂填土边坡滑动机理数值模拟研究

降雨作用下杂填土边坡的稳定与介质构成、降雨作用过程、降雨强度等密切相关。本文基于颗粒离散元计算平台,利用多边形细观介质构造方法模拟骨架颗粒,建立了降雨作用简化等效作用力模型,探讨了降雨作用下杂填土边坡的滑坡机理。研究结果表明降雨影响可等效为3个过程,等效饱和层厚度内颗粒受沿着边坡向下的渗流力影响,饱和层随时间不断下渗并与地下水位汇合,地下水位提高引起渗流力作用;饱和层厚度增大、坡表饱和层水流速度偏大会加速滑坡的产生,含石率提高则介质抗剪强度提高,边坡稳定偏脆性;采用暴雨影响简化分析方法可考虑复杂的非饱和渗流过程,计算效率比考虑复杂渗流计算要高。研究结果可为杂填土复杂介质的滑坡过程经验分析与评估提供参考。