Failure mechanism of unsaturated landslide dam under seepage loading – Model tests and corresponding numerical simulations

Due to the rapid cracking, sliding and packing of its geomaterials, a landslide dam (LD) is usually weaker in structure than the undisturbed ground and is more vulnerable to seepage loading. In addition, since the naturally packed geomaterials of an LD are mostly in an unsaturated state, it is necessary to use a suitable constitutive model that can describe the mechanical behaviour of the soils under an unsaturated/saturated state in a unified way and whose material parameters can be determined in a rational way in order to accurately simulate the failure mechanism of the LD. In this paper, water retention tests and flume tests were conducted on model LDs prepared with three different ground materials. An unsaturated soil constitutive model was selected for the corresponding numerical simulations. Based on the results of water retention tests and triaxial tests, the parameters of the LD materials were properly determined. Using these parameters, soil-water-air coupling finite element analyses were conducted to simulate the flume tests on the model LDs. By comparing the calculated results with the test results, it was found that the numerical method used in this paper has satisfactory accuracy for describing the different failure mechanisms of the model LDs under seepage loading. The results indicate that the material properties of the LDs, especially the strength and the difference in void ratio between the unsaturated and the saturated states, play important roles. In addition, the influence of the rate of the rise in water head was also investigated by numerical tests. The purpose of this research is to provide a scientific basis for decision-making in the disaster mitigation process of LDs with a comprehensive method for understanding the failure mechanism of these LDs.     

聚焦波浪对哑铃型跨海桥梁围堰作用的试验研究

台风引起的巨浪将严重威胁跨海桥梁施工期围堰的安全,台风波浪较普通规则波浪具有周期更长、波高更大特点,正好符合聚焦波浪的特征。为更好地指导跨海桥梁围堰抵抗极端台风浪设计,开展聚焦波浪与哑铃型桥梁围堰相互作用的波浪水槽试验研究,探讨围堰吃水深度、聚焦波最大波幅、入射角度对测点波面位移及波浪力的影响。其中,分析结果表明,围堰吃水深度及入射角度的变化对测点波面位移的影响不大。随着吃水深度增加,垂直波浪传播方向的有效投影面积增大,围堰顺波向波浪力明显增大。由于波浪能量沿水深衰减,底部浮托力随之减小。随着入射角度增加,有效投影面积增大使得围堰顺波向波浪力非线性增大,而围堰底部浮托力则变化较为平缓。当入射角度和波幅均较大时,围堰顺波向和垂向浮托力的正、负向幅值差异均较大,呈现较明显的不对称性,若按对称受力设计施工方案可能偏危险。与同波幅的聚焦波浪相比,长波条件下若按线性波考虑作用于结构的波浪力将偏不安全,实际跨海桥梁工程设计时有必要按聚焦波浪考虑台风波浪作用。     

浅议渡槽现浇法施工技术

钢筋混凝土渡槽是灌区常用的输水水工建筑物。槽身的支承结构有拱肋、排架、砌石边墩等形式。槽壳断面有矩形、U形,施工方法根据渡槽的形式、尺寸、构件重量、吊装设备、地形和自然条件等因素而定。一般多采用预制吊装、预制吊装与现浇法结合及整体现浇法施工。本文着重介绍石头河灌区东干渠东滑峪支线渡槽整体现浇法施工技术。     

弃渣型泥石流输沙速率模型试验研究

近年来,弃渣型泥石流灾害时有发生。为了探索弃渣型泥石流输沙速率,以陕西省小秦岭金矿区的大西岔沟为研究背景,对大西岔沟泥石流的孕灾条件和成灾特征进行了详细的野外调查,发现该区域地形陡峻,弃渣总储量丰富,具备良好的泥石流孕灾条件。同时,泥石流在沿程运动和演化过程中,将具有明显的沿程放大和链生特征。结合野外调查资料,理论推导了弃渣型泥石流输沙速率的计算方法,并根据相似准则设计了水槽模型试验,对计算理论中的冲刷系数进行了率定。试验数据表明冲刷系数的取值范围在3.2×10^-5~7.1×10^-5 m·s/kg之间。这些率定参数将用于后续的小流域泥石流产汇流过程研究之中,同时也为该区域其他相关研究以及泥石流监测预警提供科学参考。     

三角洲沉积的物理模拟

为进一步清晰地认识三角洲的沉积特征及砂体发育规律,利用水槽实验对三角洲的发育过程进行了物理模拟,追踪了河口坝、分流河道和滑动-滑塌砂体的沉积过程与沉积特征。通过观察与分析,认为三角洲生长是多次侵蚀与沉积交替的结果,其中洪水期侵蚀作用小于沉积作用,表现为“填低补平”;枯水期侵蚀作用大于沉积作用,表现为“削高填低”。河口坝的发育从水下浅滩开始,按照向前—垂向—向后—横向的顺序进行生长,并且存在单个河口坝的多级分流与多列河口坝的同时分流两种分流方式。三角洲平原河道演变包括河流改道与分流两种方式,分别与洪水和河口坝有关。洪水事件可以作为三角洲前缘滑动-滑塌沉积的触发因素。三角洲是河流搬运、卸载与蓄水体接受、改造沉积物动态变化过程中的产物,在此过程中形成沉积坡折带,它是优质储层发育的有利场所。     

五常市四道岗钢结构渡槽拱梁施工

钢结构拱梁渡槽施工的关键是拱梁的制作与安装,拱梁制作时要控制好钢管弯曲工艺,拱梁安装主要是控制好接头加强板焊接工艺。     

东深供水工程矩形渡槽优化设计及受力分析

结合东深供水改造工程，采用混合离散变量优化方法，对钢筋混凝土矩形渡槽结构进行了优化设计，确定了满足基本设计条件的矩形渡槽方案，利用三维有限元技术，并考虑桩土相互作用规律。全面分析了矩形渡槽结构在动，静荷载作用下的整体受力性能，分析结果表明，矩形渡槽槽身在板件相交处应采取渐变过渡，以减小应力集中；在渡槽线路拐弯的地方，应加大纵向约束，以提高渡槽结构的抗震能力，三维有限元技术和基于解析法的优化设计方法相结合。能有效解决渡槽这一空间结构的设计计算和受力性能分析问题。     

图像处理技术在推移质运动颗粒参数提取中的应用

非均匀推移质颗粒运动规律一直是泥沙研究领域的难点,提取非均匀推移质颗粒的参数信息则是推进该难点研究的基础性工作。通过进行粗化床面非均匀沙水槽试验,拍摄了大量的泥沙颗粒运动视频,选取其中部分视频进行处理和研究:先通过图像转换软件将拍摄的视频转化为图片;然后利用图像处理技术对泥沙颗粒运动图像的空间变化特征进行识别,对转化后的图片进行畸形矫正和背景除噪;最后通过选取合理阈值将图片上泥沙颗粒提取出来,并计算泥沙颗粒粒径、体积等相关参数信息。研究成果可为获取推移质颗粒输沙运动基本信息提供基础,为非均匀推移质输沙机理研究提供更科学、完善、可靠的数据。     

波浪荷载作用下桩柱动力响应分析

参照大连理工大学海动研究室的实验条件和数据,基于 Workbench 平台,应用 FLUENT 流体模拟软件,通过 UDF 编写二阶 Stocks 波浪方程进行波浪模拟。建立三维数值水槽模拟原型实验,获得了作用在柱体上的正向力和横向力的变化曲线,与真实实验数据比对良好。通过监测获得波面处水质点运动曲线,发现水质点运动不是类正弦变化,而是有规律的“二次跳跃”变化;通过对柱体结构动力响应分析,得到了位移响应曲线,并给出了工程建议。     

射流冲刷试验研究

为研究影响射流冲刷的因素，作者进行了７０组试验，分别研究了单管和多管，水平和有入射角，贴底和离开床面，静水和动水等情况。对试验结果的分析表明，在床沙一定、河流流速与射流流速相比不大的情况下，冲刷坑的几何尺寸与Ｖ＾２／３Ｄ＾５／６有较好的关系。