基于性能的重力式挡墙地震易损性分析

位于高烈度地震区的支挡结构时刻面临着特大震灾的严峻考验,迄今国内外还没有人针对重力式挡墙系统地做过易损性方面的研究工作。采用增量动力分析方法,考虑地震动输入的不确定性,选取PGA为地震强度参数,挡墙的位移指数D_I为性能参数,基于振动台模型试验划分了挡墙的抗震性能水准,利用FLAC^3D对8 m高的重力式挡墙进行了地震动力响应分析和地震易损性分析,通过易损性曲线对挡墙在不同地震动作用下的易损性进行了评估和对比分析。研究表明：PGA与挡墙的位移指数近似呈指数关系,当地震动加速度小于0.4g时,场地条件对墙体位移指数的影响不显著,当地震动加速度大于0.4g时,土质场地挡墙位移指数与岩石场地挡墙相比显著增大,墙体位移指数受场地条件的影响显著。当PGA<0.4g时,挡墙基本保持完好或以轻微损伤破坏为主;当PGA>0.6g时,挡墙已完全损伤,发生严重损坏的概率也较大;当PGA>0.8g时,会造成挡墙的严重损坏,甚至可能造成整体倒塌,需要采取一定的抗震加固措施。     

散粒体离心模型自组织临界性及地震效应分析

基于自组织临界性(SOC)理论,运用土工离心模型试验技术,开展了粒径为0.5～1.0 mm的均匀沙和非均匀系数φ=3.1的非均匀沙两种级配的散粒体沙堆模型试验。并在试验基础上分析了散粒体斜坡崩滑地质灾害的SOC现象和地震诱发作用下散粒体斜坡崩滑失稳的模式与规律。研究结果表明,大尺度松散堆积散粒体系统在一定条件下也能呈现SOC现象,体现了以土木工程为背景的散粒体斜坡崩滑地质灾害规律,突破了关于SOC研究的尺寸效应问题;同时该沙堆模型离心试验还模拟了在拟静力水平地震力作用下散粒体斜坡崩滑的失稳模式,提出了在相当于地震烈度为Ⅴ度的拟静力水平地震力诱发作用下,φ=3.1的非均匀沙石散粒体系统崩滑失稳符合幂律分布,呈现SOC的结论。     

抗滑桩宽度与桩间距对桩间土拱效应的影响研究

抗滑桩宽度对桩间土拱效应的影响直接关系到桩截面尺寸及桩间距设计的合理性。通过离心模型试验,观察到抗滑桩宽度越大,桩间土拱稳定性越高。基于离心试验模型,采用数值模拟方法分析桩间土拱承载能力随桩宽度的变化规律。试验表明在桩间净距保持不变的情况下,桩间土拱承载能力随桩宽度增加而逐渐增大,但增长斜率逐渐变缓,说明随着桩宽度的变大,桩宽度的增加对桩间土拱承载能力的影响越来越小;而在桩间净距与桩宽度比值不变的情况下,桩间土拱承载能力随桩宽度和桩间净距的增加反而降低,且下降斜率逐渐增大,说明桩间净距对桩间土拱承载能力起着控制作用,增加桩宽度对土拱承载能力的贡献远不及增加桩间净距对土拱承载能力的削弱作用。本文研究表明,桩间土拱承载能力与桩宽度之间存在非线性的关系,在建立抗滑桩合理桩间距计算模型时应对此予以考虑。     

基于动力学与物质条件的泥石流阻塞大河综合判据

受强震与极端天气事件的影响,泥石流阻塞大河事件呈急剧上升趋势,以往的研究多数针对泥石流堵断小河的物理过程,所建立的公式不适用于主河强水流作用下的泥石流阻塞大河问题.本文参考了Takahashi提出的泥石流在坡度变化沟道中的运动方程,考虑泥石流汇入主河后动力过程受主河水流阻力影响的因素,建立了泥石流进入主河后的运移距离计算公式;基于岷江典型河段实测和泥石流堵河水槽模型试验,确定了泥石流物质总量与堵塞系数之间的关系式;大直剪试验表明,当大颗粒体积比达到50%时,粗细混合料的抗剪强度由大颗粒所决定,据此提出堰塞坝形成稳定坝体的条件是抗水流冲刷的大颗粒所占比例达到50%以上,并通过现场资料对这一结论进行了验证.从而建立了基于泥石流在大河中运移距离、泥石流物质总量及泥石流体颗粒组构条件的泥石流阻塞大河综合判据.     

施工时序对边坡稳定性影响的离心模型试验及数值分析

不同施工时序对边坡稳定性有较大影响，应用离心模型试验和数值计算研究和分析不同施工时序对边坡变形破坏和应力场的影响。结果表明，开挖后及时支护程度越高，不但能减少边坡变形量，而且有利于边坡的稳定（试验中两级边坡开挖，及时支护比开挖完成后进行一次支护的最后破坏加速度提高14．15％；上级开挖后进行及时支护，向下级开挖后未进行及时支护，其最后破坏加速度比一次性支护提高8．49％）。及时支护程度越高，越有利于边坡稳定的作用机制，也可有效改善边坡坡面剪应力集中程度和最大剪应力的连通情况，并限制应力松弛程度；边坡上体的应力路径（应力历史）更加有利于边坡的稳定。另外，对于特别高大的边坡多级开挖，建议对上级开挖边坡进行临时支护，在开挖完成后再进行永久支护，这样既能发挥边坡的“新奥法”原理，又能避免因下级开挖应力调整而导致上级支护结构受力过大而失稳的影响，且支护成本可降低，该结论对于工程实践育一定的指导意义。     

地震与同震冰滑坡综合作用下动水压力分布规律试验研究

地震作用下常常引发大量的崩塌滑坡,但目前对冰湖溃决风险评估中,一直忽视了地震及同震触发滑坡的综合作用。为研究地震及同震触发滑坡二者综合作用下的动水压力分布规律,首先分别进行地震和冰滑坡作用下的动水压力试验分析,然后设计了在振动台模拟地震过程中加入冰滑坡入水的试验,观察地震与冰滑坡综合作用下动水压力的分布特点。结果表明：地震动水压力沿水深分布表现为上小下大的特点,其结果与Westergaard简要解吻合良好;冰滑坡作用下动水压力沿水深服从上大下小的分布规律,并分析了滑块体积、入水速度及初始水深等因素对最大动水压力值变化的影响,采用试验数据拟合得到冰滑坡入水动水压力值的经验公式;地震和冰滑坡共同作用时动水压力分布曲线近似于两者单独作用下动水压力幅值的叠加,只是综合值小于叠加值;提出地震与同震冰滑坡综合作用下最大动水压力的估算方法。     

两种加筋土挡墙的动力特性比较及抗震设计建议

为分析比较条带式和包裹式加筋土挡墙的地震动力响应特征,开展了两种加筋土挡墙模型的大型振动台试验.结合震害调查的结果,发现砌块式加筋土挡墙在地震作用下的破坏模式主要表现为局部砌块的松动变形,很少会出现整体垮塌的情况.相比条带式加筋土挡墙,包裹式加筋土挡墙在地震作用下产生的变形量要小.在相同地震量级作用下,包裹式加筋土挡墙相应部位的水平加速度放大系数要小于条带式加筋土挡墙,但峰值动土压力却要比条带式加筋土挡墙大,这是因为包裹式加筋土挡墙面板在地震作用下的变形量小,对土体的约束能力强所致.因此,在抗震设防区,特别是是高地震烈度区进行加筋土挡墙的选型时,包裹式加筋土挡墙应作为一种优选结构.分析认为加筋土挡墙的抗震设计除了要进行整体稳定性的验算外,还应注重墙体变形量的控制,加筋土挡墙在地震作用下的最大变形量应小于允许的变形量.为维持线路的正常使用,加筋土挡墙的变形指数应控制在4%以内.若验算得到的变形量超出允许值,可采取增大墙后填土的压实度和增加拉筋长度,以及加厚墙体和降低墙体坡率等措施.     

基于水沙动力过程的泥石流阻塞大河模式及判据研究

根据潜坝壅堵模式的特点,基于异重流理论,给出了泥石流龙头在清水中的运动方程,并提出了有坎宽顶模型的潜坝壅堵上游水位计算式.基于水沙动力过程,以泥石流在坡度变化沟道内的运动方程为基础,考虑堰塞坝和主河水流的相互作用,给出了泥石流在主河中运移距离的计算公式;鉴于泥石流堵塞大河过程中物质流失严重的现象,根据水槽实验数据确定了流失系数;以周必凡提出的泥石流堵断主河总量的计算公式为基础,提出了按流失系数加以修正的泥石流阻塞大河物质总量条件.从而建立了基于动力学方程、物质总量的泥石流阻塞大河综合判据.     

中小煤矿在浅埋薄基岩下开采灾害防治研究

长壁留煤柱采煤法是陕北煤田中小型煤矿在采用单体支柱难以抗御剧烈的动压显现,在采空区留煤柱以支撑顶板防止切落而采用的一种特殊的采煤方法．在有限煤柱群的支撑下,顶板可能形成大面积悬露不垮,最终导致大面积整体垮落,这种大面积垮落的机理不同于坚硬或极坚硬顶板大面积垮落．针对陕北煤田中小煤矿采用的长壁留煤柱开采,其防灾减灾的技术目标是区分两类不同性质的煤柱,即区内煤柱和区域间的隔离煤柱,实现隔离小区域的适时无灾害垮落,防止跨隔离区的大范围垮落．建立防止大型顶板事故的“设计-诊断-监测-识别-对策”体系．     

基于图型动力学的滑面演化过程研究

滑坡一般发生在众多不连续面中强度效应最弱的主滑面上。滑面的演化是一类具有时空变化的广延耗散动力学复杂系统,与外界环境存在着物质、能量和信息的交换。滑面在演化过程中是一种远离平衡态的自组织临界现象,自组织临界性是滑面贯通过程的动力学吸引子。运用图型动力学模型从图型演化角度分析了滑面损伤破坏方式的多米诺效应和损伤破坏的链式反应过程。以确定性的、不可逆的、非线性、非局域和没有特征尺度的动力学规则描述损伤单元之间的一种自动放大的非局域相互作用的连接过程,引入分布函数φ(p)和ξ(p)刻画断裂态吸引域在相空间的分布。最后,探讨了不同损伤率下,滑面破坏的可能模式。