倾斜面上岩体结构面加权节理密度(wJd)的获取

 考虑结构面与观测面间夹角大小修正的岩体wJd指标,理论上能更为合理地评价岩体结构特征;其操作的关键和难点(尤其是在倾斜斜面上),在于两面夹角的确定。基于wJd原始定义,根据结构面迹线侧伏特征,采用其侧伏角、倾角、及其与测面的倾向夹角等实测要素,导出倾斜斜面上wJd指标的等价形式,并探讨各要素所引起的修正精度的误差分析和控制。以此为基础,通过对3个实例的岩体结构精细测量数据挖掘,初步尝试整网法、叠网法、细单元法等取样方式的wJd值求解。与Jv值(条数法)统计类似,其结果以1 m × 1 m细单元的方式平均取值最理想,可缓减迹长差异所引起的分歧。研究表明,倾斜斜面上wJd指标的等价定义严格、数据基础详实,统计结果可靠,为一般方位观测(坡)面上的wJd取值提供了一项理论支撑和推广空间。     

大光包滑坡启动机制:强震过程滑带非协调变形与岩体动力致损

2008年汶川地震触发的大光包滑坡是世界上罕见的巨型滑坡。滑坡后暴露长达1.8km的剪滑光面,光面上发育厚度达3 m的碎裂岩带,带内岩体不但存在先期碎裂,而且地震中产生了大量新碎裂。大光包滑坡独特地质现象和复杂形成机制受到国内外持续争论和广泛研究。本文在已有研究基础上,总结10年调查成果,建立大光包滑坡地质原型:该滑坡是碳酸盐岩地层内由先期层间构造错动带控滑的地震大型滑坡。进一步将该错动带概化为软弱层带,开展含软弱层带地质体的振动台模型试验;结果表明,振动过程软弱层带与顶底硬层产生非协调变形,在软弱层带内形成强大振动冲压–张拉和振动剪切力,使得带内土压力较顶底硬层显著放大,并将这类动力学行为概括为动力非协调变形响应。从而认为,动力非协调变形致损是大光包滑坡滑带岩体震裂成因,以此提出,强震过程软弱层带非协调变形与岩体动力致损可能诱发了大光包滑坡失稳启动。     

模块式加筋土挡墙墙面板与土工格栅之间的摩擦性质研究

根据模块式加筋土挡墙的墙面板和土工格栅之间摩擦的足尺试验结果,分析两者之间的摩擦力和摩擦因数,以及影响两者之间摩擦性质的因素。试验研究表明:摩擦力及摩擦因数与竖向压应力有良好的对数关系,筋带竖向间距的大小决定墙体的墙面板与筋带之间可以采用摩擦连接的范围。该结果具有工程应用价值。     

开挖边坡潜在不稳定范围的预测分析

云南澜沧江小湾水电工程高线公路的开挖，造成6^#山梁高边坡上部岩体失稳，产生塌滑。通过大量野外地质调查，总结分析出塌滑是沿已有结构面组合呈阶梯状的变形破坏方式，根据这一破坏机制和结构面的产出规律，采用类推法大致判定可能失稳的范围。在此基础上采用ANSYS对塌滑前后的坡体进行二维弹塑性有限元分析，并追踪塌滑前后坡体的应力、应变、变形和计算应力集中程度，通过前后比较确定塌滑后边坡的潜在不稳定范围。分析过程中充分利用ANSYS对应力应变逼真的模拟效果这一突出特点，又避免对边坡强度参数进行折减的过程，采用机制分析与数值模拟二者相结合，提供边坡的有效支护范围，结论合理，方法可行。     

团块缺陷结构对岩石静动力学特性影响的数值模拟分析

基于颗粒流离散元法和PFC^2D程序构建含团块缺陷结构的岩石数值模型试样,指定试样中部1 cm半径范围为团块缺陷,通过0.1倍、1倍和10倍关系改变团块细观力学参数,构建A、B和C三种数值试样类别,分别进行三轴压缩和三轴疲劳试验。通过试样破坏特征、强度特征、团块及周边应力、应变率特征分析缺陷岩石静、动力学特性。试验结果表明,压缩和疲劳荷载下A类试样在团块左右方向应力集中,而上下方向（包括团块内部）为低应力区;C类试样与之相反,B类试样无明显应力集中现象。无论压缩或疲劳荷载,A类试样团块应变率高于四周,C类试样与之相反,B类试样无明显应变率差异化。研究成果揭示：1）岩石内部团块状缺陷结构无论其材料强度高低均劣化岩石抗压强度;2）静动荷载加载过程中含团块缺陷岩石内部表现出应力场不均匀性和应变差异性。     

强震条件下碎裂岩体崩塌机理及崩塌后壁对堆积体稳定性影响研究

"5·12"汶川地震的强震作用诱发产生了大量崩塌地质灾害,且多发生于碎裂结构岩体中.崩塌后斜坡后缘岩体及前缘堆积体的稳定性和后缘岩体对前缘堆积体稳定性的影响研究同样是震后灾害所面临的问题.以干河沟沟口斜坡为例,在分析该斜坡结构特征及崩塌机理的基础上,采用二维离散元软件UDEC模拟了斜坡在天然或强震条件下的稳定状态和可能失稳过程;运用极限平衡法对陡壁岩体再次崩塌,产生新物质堆载在现有崩塌堆积体后缘前、后分别建立模型进行了稳定性分析.研究结果表明:碎裂岩体崩塌过程可分为应力重分布、潜在崩塌体形成和地震诱发崩塌3个阶段.崩塌堆积体在考虑后缘堆载作用之前,在天然或地震环境下均处于相对稳定状态,考虑堆载作用之后,其可能会在地震条件下失稳.离散元法和极限平衡法的组合使用,对于解决同类斜坡的同类问题切实可行.     

非饱和低渗透黏土非线性渗流定律与固结

该文分析了渗流实验结果,得出:非饱和低渗透黏土渗流遵循具起始水力梯度的非线性渗流定律.考虑到在非饱和黏土中气相在含水饱和度大于90%时不能独立运动,基于该非线性渗流定律,分别建立了非饱和黏土定流量单向非线性渗流、定压单向非线性渗流、定流量径向非线性渗流固结数学模型.以黏性边界层思想,构造出了上述数学模型解的结构,以积分方程法,导出了非饱和低渗透黏土非线性渗流平均质量守恒方程、活动边界运动方程、压力分布与平均固结度计算公式.进行了实例计算分析,结果表明:与线性渗流相比,非线性渗流使黏土层同一位置处的无量纲超孔隙水压力增大,使非饱和低渗透黏土固结活动边界运动速度减小、使定流量单向渗流平均固结度增大.该文结果可用于非饱和低渗透黏土地质工程与岩土工程等领域.达西渗流固结计算是具有起始水力梯度的非线性渗流固结计算的特例.     

缓倾煤层采空区滑坡形成机制数值模拟研究

以贵州都匀马达岭滑坡为例,采用离散元方法,研究了缓倾煤层采空区滑坡的变形发展过程,提出了该类矿区滑坡防治建议。研究结果表明:采空区顶板塌陷导致上覆岩层弯曲-沉陷,地表产生沉降变形,同时采空区边界部位产生倾倒式拉裂,在地表形成深大拉裂;采空区上部岩体沉陷变形导致坡脚部位岩层往坡外剪切滑移;中部滑面沿变形后倾向坡外的层面和陡倾节理组合形成阶梯状滑面。滑坡形成机制可概括为由采空区顶板变形引发的阶梯状蠕滑—拉裂—剪切滑移式滑坡。缓倾煤层采空区滑坡的防治应从防止采空区顶板塌陷入手,通过回填矸石或加强顶板的永久支护来防治采空区上覆坡体的变形。     

基于裂纹扩展模式的岩质斜坡阶梯状滑移破裂机制研究

阶梯状滑移破裂作为节理斜坡的一种典型破坏模式,裂隙间裂纹的扩展模式对其变形破裂机制及斜坡破裂面形态具有重要的意义。通过颗粒流程序研究了不同岩桥倾角(0°,45°,90°,135°)和围压条件下双裂隙间裂纹的贯通模式、基本特征与影响因素,揭示含双裂隙岩体在不同围压作用下裂纹扩展的细观力学机制,并推广到含多裂隙岩体裂纹扩展模式中。主要成果如下:(1)双裂隙的贯通主要通过次生共面裂纹、次生倾斜裂纹和翼裂纹;(2)裂纹扩展具有明显的围压效应,低围压条件下,裂隙的贯通主要通过翼裂纹和次生倾斜裂纹,高围压条件下,裂隙的贯通主要通过次生共面裂纹和次生倾斜裂纹;(3)裂隙的贯通应力受岩桥倾角影响较大,岩桥倾角为45°时,裂隙的贯通应力最小,裂隙最容易贯通。结合双裂隙贯通模式的研究,对多裂隙岩体贯通模式进行研究,多裂隙岩体贯通模式可以理解为多组双裂隙的贯通模式的不同组合,同时,在多裂隙贯通模式中,裂纹会寻找贯通应力最小路径扩展。最后,结合一实际斜坡案例,对阶梯状破坏斜坡的基本破裂特征进行了总结分析,并提出了相应的破裂模式分区。     

改性钠羧甲基纤维素加固粉砂土水稳性及稳定机理分析

土壤加固剂可改善土体理化特性。选择改性钠羧甲基纤维素(M-CMC)为加固剂,以粉砂土为加固对象,研究M-CMC加固粉砂土水稳性及稳定机理。开展不同加固剂掺量下加固土湿化崩解试验进行崩解状态监测和完全崩解系数(C_R)测试,结果显示:随加固剂掺量的增加,试样开始崩解的时间延时、崩解产物中粗粒含量增加、悬浮粒减少,C_R快速降低,当掺量达0.9%时,加固土样无崩解。进一步对试样的渗透性、基质吸力、抗剪强度、化学组分及微观结构进行测试,结果显示:随加固剂掺量的增加,加固土样团聚体粒径增大、渗透性减小、基质吸力增大、抗剪强度提高。研究成果表明:M-CMC在土颗粒表面产生“包裹效应”、相邻土颗粒间产生“吸附效应”、相隔土颗粒间产生“连接效应”,使得土颗粒由镶嵌点接触转变为面式接触和链式连接,形成网状胶结结构团聚体,从而提高加固土水稳性。