基于ANSYS和GEO-SLOPE的斜坡稳定分析法

分析了斜坡稳定计算方法和评价方法存在的一些问题,从解决问题的角度出发,认为软件GEO-SLOPE能较好地分析斜坡稳定性.由于GEO-SLOPE建立复杂模型难度大,而软件ANSYS的突出优点是建模方便.结合两个软件的优点,提出了基于ANSYS和GEO-SLOPE的斜坡稳定分析法,即在ANSYS中建立有限元模型,运行自编的GEO-SLOPE与ANSYS接口程序,将ANSYS模型转入GEO-SLOPE进行计算,并辅以工程实例进行佐证,该方法为斜坡稳定分析提供了新的思路,对类似工程具有参考价值.     

坡面径流对斜坡散粒体稳定性影响的试验分析

坡面径流是松散介质斜坡上颗粒发生搬运滚动的水动力条件。为研究坡面径流对斜坡散粒体颗粒稳定性的影响,开展室内水槽冲刷试验。试验设置3种粒径和4种坡度,通过高清摄像捕获斜坡散粒体受水流冲刷起动过程,获得不同条件下颗粒冲刷起动的临界径流水深h_cr。实验结果表明：在同一粒径条件下,起动水深h_cr随着斜坡坡度的增大而减小;而在同一坡度条件下,起动水深h_cr随着粒径的增大,出现先增大后减小的情况,这主要是由于随着颗粒粒径的增大,坡体的渗透性增强,在水流的渗透作用下,颗粒更容易发生运移造成的。为合理解释实验现象,建立斜坡径流-渗流耦合模型来分析坡面径流条件下颗粒的稳定性变化情况,通过将水流的流速特征与土颗粒的受力起动特性结合起来,给出临界水深h_cr的理论表达式,其主要受颗粒粒径、颗粒比重、孔隙率、坡体渗透率和斜坡坡度等因素共同控制。通过将实验结果与计算结果进一步对比发现,在同一粒径区间内,临界水深h_cr的实测值与理论值均随坡度的增大而减小,而理论值与实测值之间的相对误差随坡度的增大而增大,但其均控制在35%以内,并对产生该误差的原因进行了分析。为修正实测值与计算值之间的误差,应用MATLAB的神经网络模块对数据进行拟合,建立含两个神经网络结构的临界水深h_cr修正公式,精度较高。     

无充填周期性裂缝岩体的等效渗透系数（稿件编号：201600412）

为了研究无充填周期性裂缝岩体的渗流特性,建立了地下水流动分析模型,该模型假定裂缝和岩石交界面流速相等且剪应力连续。根据分析模型的边界条件,耦合Navier−Stokes方程和Brinkman-extended Darcy方程,推求出裂缝和岩石中水流的流速分布。结合线性Darcy定律,推导出无充填周期性裂缝岩体沿裂缝方向等效渗透系数的理论表达,该表达式揭示裂缝开度对等效渗透系数起控制作用。为进一步验证理论模型推求的成果,研制试验装置开展渗流试验。试验时用浇筑混凝土模拟岩石,用混凝土间缝隙模拟岩石裂缝。测得的平均渗透系数和理论计算得到的等效渗透系数在同一量级,且相差很小。试验结果验证了所推求等效渗透系数表达式的正确性和可靠性。     

软弱夹层工程地质性质的室内仿真研究

岩体中软弱夹层是控制岩体稳定的重要边界条件.软弱夹层的厚度通常仅数毫米至数厘米,太薄的试样在现场难以进行饱水条件的强度试验.软弱夹层的工程地质性质既与岩体应力、地下水等环境条件有关,也与其成因性质、粘粒含量和粘土矿物成分等有关.对于成因相同、粘土矿物成分一致、粘粒含量变化不大的软弱层带而言,在受到不同压应力作用时,其物理力学参数必然与之有一定的对应关系.通过室内压密仿真试验,一方面再现了软弱夹层在饱水条件下的脱水、压密和固结过程,建立了基本物理力学指标与压应力的关系.另外,也从本质上揭示了软弱夹层的工程地质性质很大程度受岩体应力的影响.对于深部难以开展现场试验的软弱夹层的工程地质性质的评价,室内仿真试验方法提供了新的思路,具有显著的经济价值和工程意义.     

核电厂边坡地震动力响应研究

 将大型、复杂条件核电厂边坡简化为含结构面的单自由面柱体模型和多自由面斜坡模型,研究地震波前处理和输入、人工透射边界设置,模拟简谐波和地震波的传播、反射、振荡和衰减规律,比较理论解和数值解的吻合性,采用强震记录分析边坡地震时程响应规律。研究表明：地震波在柱体模型的单自由面上产生放大效应和反射,在软弱夹层处产生反射和透射。约束边界反射地震波,设置黏滞吸收边界和自由场透射边界则有效消除反射现象。地震波在斜坡模型的斜面上产生多次自由面放大效应,且放大效应随着高程增大而增大。地震作用下各向异性斜坡的自由面放大效应较之各向同性斜坡强烈,软弱夹层处产生较大的相对滑移和永久变形,各向异性条件下更不利于边坡的抗震稳定。     

高速公路泥岩边坡时效变形破坏机理分析

中国西部山区泥岩地层中修建高速公路，泥岩边坡常发生变形失稳破坏。基于大变形理论，采用完全非线性瞬态动力学分析方法，研究了泥岩边坡开挖前、开挖后暴雨产生孔隙水压力和孔隙水压力消散的时效变形过程，揭示了坡体开挖和孔隙水压力是边坡发生变形破坏的主要因素，为边坡的处治设计提供了理论依据。     

地下竖井闸室围岩稳定施工过程的数值仿真分析

本文结合溪洛渡水电站左岸导流洞竖井闸室工程，在全面考虑计算域的地形、围岩条件、分级开挖和喷锚支护程序的基础上，运用三维非线性有限元法，确定了施工期间计算域围岩潜在塑性破坏分布范围，探讨了相邻闸室之间围岩潜在塑性破坏贯通与否，验证了设计的分级开挖高度能否满足围岩稳定要求，以及设计的喷锚支护程序能否有效地控制围岩潜在塑性破坏扩展等问题。     

河流作用下堵江滑坡运动特征差异性研究

【目的】水因素在滑坡灾前变形、运动解体、堆积过程中均发挥重要作用。从水力学角度,讨论河流流水对滑坡堆积、堵塞河道、形成堰塞坝的影响有重要减灾意义。【方法】基于2018年金沙江白格滑坡基础信息,聚焦有、无河流作用下滑坡运动演化过程中滑速、能量、形态特征差异,分别考虑白格滑坡处于无河流流水、有河流流水作用两种情况,开展了其运动过程的DEM模拟、CFD-DEM耦合模拟。【结果】根据计算捕获的速度、能量、形态等滑坡运动特征,量化揭示了河流流水对堵江滑坡的具体影响。【结论】研究发现：(1)河流流水影响下,滑坡体平均速度偏小,因河流影响的滑体部分较少,河流流速变化对滑坡体运动的影响较小且无明显规律;(2)动能和应变能在滑坡高速运动阶段受河流影响更明显,重力势能及能量损失在滑坡堆积阶段受河流影响更为明显,较无河流作用对白格滑坡应变能的影响最大,为1.80%。(3)河流对滑坡体形态特征的影响主要体现为最终纵向堆积长度的变化,滑坡计算启动后70 s,不受河流流水影响时,滑体纵向长度稳定在1.7 km,考虑河流流水影响下稳定在1.5 km,考虑河流影响下的模拟结果与实际情况较为吻合。     

复杂裂隙岩体天然渗流场反演分析

水电工程地形地质条件复杂,岩体中常发育有多组节理裂隙,由此造成岩体渗透特性在空间上呈现明显的分区、分带和各向异性的特征。基于大岗山水电站厂房和坝址区地形地质条件和岩体五组主要节理裂隙发育特性,建立三维有限元计算模型,采用二次规划反演法、裂隙岩体渗透张量分析法和自由面计算固定网格法进行分析,利用计算水位与钻孔实测水位的对比,反演出厂房和坝址区天然渗流场,确定了渗透参数和边界条件,为其他工况渗流场分析计算和渗控措施优化提供了基础参数和依据。     

复杂地质条件下大型调压井关键施工技术数值仿真优化分析

结合四川岷江福堂水电站调压井工程,运用ANSYS结构有限元软件,在全面考虑调压井井周岩体预固结灌浆和灌浆孔锚筋索预加固技术、井口锁口圈梁加固、井身开挖围岩喷锚支护、整体倒挂砼衬砌和钢板衬砌等关键施工程序的基础上,对本工程调压井井口开挖裸露高度和井身开挖裸露高度等关键施工技术方案进行了数值仿真优化分析,并应用数值仿真优化成果,开展了调压井施工全过程的数值仿真及监测反馈分析,结果表明：计算成果有效指导了调压井工程的安全施工,且对类似工程有很好的参考价值。