边坡动力特性与动力响应的大型振动台 模型试验研究

设计并完成了1∶10比尺的边坡大型振动台模型试验.试验模型尺寸为2.15 m×3.5 m×1.5 m(高×长×厚),坡角约为38°,采用土体材料制备.通过输入不同类型、幅值、频率的地震波和白噪声激励,探讨地震作用下模型边坡的动力特性与动力响应规律,以及地震动参数对动力特性和动力响应的影响.试验结果表明,随着振动次数的增加,模型边坡自振频率逐渐降低,阻尼比逐渐增大.自振频率降低的幅度随振幅的增大而加大.边坡土体对输入地震波具有明显的放大作用,沿坡面向上,加速度峰值放大系数呈现递增趋势,在坡肩附近急剧增大.在不同地震波作用下,坡面加速度响应具有明显的差异.当输入地震动卓越频率与模型边坡自振频率接近时,坡面加速度峰值放大效应显著增强.随着输入地震动幅值的增加,坡面加速度峰值放大系数呈现明显的递减趋势.边坡土体对输入波的低频部分存在放大作用,对高频部分存在滤波作用.随着输入地震动幅值的加大,土体表现出更强的滤波作用.试验结果有助于揭示边坡在地震作用下的失稳机制,为边坡工程的抗震设计提供有益的参考.     

铁路路基下膨胀土长短微型桩抗隆起研究

在非饱和膨胀土地区,地基隆起变形严重威胁着高速无砟铁路安全运营。为减弱或消除地基隆起变形,降低高速铁路工程投资,结合非饱和膨胀土地基气候影响深度特征,将传统微型桩改进为一种抗隆起的长短微型桩结构。再由若干基本假定、工作机制及应力路径分析,推导长短微型桩加固膨胀土地基后隆起量的计算方法。依托云桂铁路路基基床现场湿干试验,开展实际工程案例及设计关键参数研究,结果表明,相比天然地基,长短微型桩可有效减弱地基隆起量,减幅约60%;增大长短微型桩桩径、缩小桩间距、优化线路标高及适当增加桩长均可减弱甚至消除地基隆起变形。基于参数敏感性、影响权重比及布桩方案分析,提出膨胀土区域无砟轨道路基基底长短微型桩的抗隆起设计原则,即推荐采用"小桩径、小桩间距"长短微型桩加固无砟轨道路基基底膨胀土,长微型桩桩长宜略大于临界桩长且不应小于大气影响深度,短微型桩桩长不宜小于大气急剧影响层深度。     

汶川地震路堤成灾模式及土工格栅加筋变形控制研究

为研究路基工程的抗震设计问题,首先对汶川8.0级地震震区路基震害进行调查,发现强震作用下绝大多数未加筋路堤为浅表层边坡坍塌破坏,极少数路堤发生半幅路面错落的本体滑坡现象,所有路堤均未出现沿基础界面的滑动,而土工格栅加筋路堤震害程度轻微得多.根据变形破坏模式,提出以侧向变形控制为核心的土工格栅布筋方案,即在路堤顶部满铺土工格栅、中上部铺设短格栅.利用未加筋路堤和土工格栅加筋路堤大型振动台模型试验进行加筋变形控制方案有效性的对比研究.试验结果表明,路堤顶部满铺土工格栅,阻断竖向裂缝的扩展,从而抑制路堤本体滑坡;护坡道上方铺设短格栅,可有效抑制路堤侧向变形及边坡坍塌.通过对加速度、动土压力测量结果的对比分析,发现土工格栅加筋后,路堤模型的自振频率提高12%,0.7倍坡高处加速度放大系数在中震下减小27%,在大震下减小41%,动土压力幅值也会大幅减小.     

基于汶川地震强震动记录的边坡永久位移预测模型

边坡的永久位移为边坡工程的抗震设计和坡体稳定性判识提供了可靠的依据。利用汶川地震时记录到的大量强震动记录,建立了基于临界加速度比、 Arias 强度和地震剩余强度的永久位移预测模型。通过能量法将实测边坡位移转换为无支护结构的边坡永久位移,并利用其检验了模型的有效性。文中提出的 3 种位移模型与回归数据具有良好的相关性,基于地震剩余强度的模型拟合效果最佳,说明永久位移与地震剩余强度具有强相关性;以临界加速度比为参数的模型简单实用;以 Arias 强度为参数的模型判定系数和预测精度均较差。研究结果表明,由于记录台站的当地效应,基于强震动记录回归的永久位移模型具有区域相关性。文中提出的模型可为四川及其邻近省份的西部山区区域地震滑坡风险评价、震后滑坡灾势评估以及具体边坡工程地震稳定性的快速预估提供依据。     

入汇主河的泥石流龙头运动机理研究

作者基于野外观测资料和模型试验，提出了泥石流与主河交汇的两种模式，即：有上下分层交汇和无明显分层的潜入式交汇。建立了潜入式交汇的泥石流龙头运动方程，并讨论了模型参数的取值。计算结果得到以下结论：当主河水流费劳德数比较小(Fr＜0.35)时，入汇主河泥石流龙头在主河的运动速度近似以线性减速，且与试验值吻合较好；混合流粘滞系数和绕流系数对龙头运动速度影响较大；泥砂沉降速度对龙头内部体积比浓度有显著影响。     

牛顿-幂律流体两相分层紊流的水力特性研究

针对圆管中两相分层紊流流动的水力特性，利用一种新的研究方法——旋转坐标轴法，将圆管流的研究转化为平板流，籍此建立了新的牛顿-幂律流体圆管分层紊流流动模型，得出流动的解析表达式，并通过实验对模型进行了验证。给出了两相分层流以及单相管流的流量积分式，用以验证油气两相分层流是否能相对于石油单相管流实现减阻，为油气混输技术提供理论依据。     

急斜特厚煤层开采采动损害传递途径研究

通过对急斜特厚煤层水平分段放顶煤开采煤岩移动规律研究,提出了开采过程顶煤和围岩破坏发展分区,即顶煤放出区、沿底座滑区、顶板离层破坏区和煤岩滞后垮落区。分析了影响沿底座滑区和顶板离层破坏区破坏的主要因素及其采动损害传递的主途径。     

砌碹巷道粉煤灰壁后充填机理及应用

砌碹巷道破坏的主要原因是由于支护－围岩接触关系不能适应巷道变形特性造成。本文分析了白皎煤矿砌碹巷道失稳机理,并对碹体壁后充填粉煤灰改善“支护－围岩”关系的作用机理进行了分析,最后得到了现场验证。     

地震力与共振动水压力综合作用下冰碛堰塞坝失稳机制研究

 小型库湖中地震产生的水体共振现象是一直被忽视的问题。在我国帕隆藏布流域,即使是小型堰塞湖溃决,仍可能因灾害链效应而形成大灾,但有关地震力与共振产生的动水压力综合作用下的冰碛堰塞湖溃坝机制研究尚属空白。利用大型振动台实验揭示地震动水压力的分布规律;结合弹簧模型,提出水体共振时最大地震动水压力的经验公式;基于极限平衡理论,采用拟动力方法模拟地震力,建立地震振动与共振动水压力综合作用下堰塞坝的整体稳定性分析模型;以川藏铁路拟经帕隆藏布流域为例,比较考虑和不考虑水体共振下35个冰碛堰塞坝的整体稳定性,对小型冰碛堰塞湖溃决进行危险性评估。该研究为小型库湖地震溃决风险预测增加了新认识。     

水泥路面裂缝形成机制及破坏条件的非线性描述

首先根据混凝土材料组成的微观颗粒结构，利用分形几何学的基本原理对水泥混凝土路面裂缝分布进行描述，对混凝土弹性模量，配合比和分维数对水泥混凝土路面性能的影响进行了研究和分析，然后建立水泥混凝土路面裂缝形成机制的键渗流模型，应用重正化群理论计算渗流阈值，并由此确定混凝土路面的破坏条件，最后分析了分形，渗流阈值和水泥混凝土路面性能及其破坏条件之间的关系。