基于持续同调的边坡破坏过程的拓扑特征研究

首先利用软件UDEC对边坡处于地震荷载作用下的失稳破坏过程进行模拟,研究了边坡失稳破坏时的动态响应,得到了边坡的变形特征和位移云图,然后运用持续同调理论对边坡失稳状态进行分析,生成条码图,从条码图中提取边坡的拓扑特征,找到边坡失稳临界状态对应的拓扑特征,建立拓扑特征与失稳演化的关系.最终为边坡失稳破坏预测提供一种拓扑化研究工具.研究表明,最长贝蒂1条码的变化反映了边坡的演变过程及失稳破坏规律,贝蒂1条码的突变意味着边坡发生了失稳破坏.运用离散元法和持续同调理论对边坡处于外荷载作用下的破坏特征进行研究,可以更好地了解边坡的破坏机理,为工程防护提供理论依据,同时也为边坡安全设计与灾害预报研究提供了一种全新的数学方法.     

基于持续同调的边坡土颗粒应力链失稳分析

采用颗粒离散元方法和持续同调理论,研究了内排土场堆叠至不同高度时的边坡稳定性。为便于研究,现采用一水平金属板向下施加压力,代替不同厚度土层的重力荷载,对边坡在竖向荷载作用下的失稳破坏过程进行了颗粒离散元模拟。研究了二维边坡土颗粒速度总矢量、边坡失稳破坏时滑移开裂面的角度以及边坡坡顶y方向的平均速度等宏观响应过程,并构建了自然堆积下边坡堆积体颗粒的法向力链无向网络模型。最后,用持续同调方法对边坡坡顶颗粒接触力链网络的拓扑特征进行分析,获得条码图,建立了岩体结构持续同调特征与失稳演化的关系。本文为研究边坡失稳拓扑识别提供了一种新方法,从而可以有效预测边坡的失稳破坏。     

高陡岩质边坡稳定性三维离散元分析

某高陡岩质边坡地质条件复杂、软弱结构面发育、开挖高度大、坡度陡、临空面多,为边坡变形提供了有利的空间,边坡多处出现失稳破坏迹象。通过对边坡工程地质条件调查,岩体结构特征和边坡开挖等影响因素的分析,认为边坡变形主要发生在强风化强卸荷岩体内,受软弱结构面的控制比较明显,表现为结构面组合控制的块体变形失稳破坏模式。采用3DEC数值模拟软件,模拟了边坡开挖后坡体变形特征,数值模拟结果表明,边坡浅表层块体以及控制性块体稳定性差,可能导致边坡产生整体失稳。     

土质边坡失稳的突变性分析

对土质边坡圆弧滑动稳定性问题，采用应力软化模型，由系统能量导出极限平衡方程，运用突变理论方法对土坡失稳进行了分析。分析表明，边坡参数变化为某一临界值时，土坡的滑动位移突然增大，发生突变失稳现象，由刚体极限平衡稳定理论无法体现应力软化土质边坡的这种失稳的突变性。     

边坡大距离整体滑移的模拟研究

边坡整体滑移模拟是迄今未被解决的一个课题。文章通过构制一个专门的滑面单元, 采用数值模拟的原理实现了对粘滑类边坡失稳的大距离滑移模拟; 采用分析模拟法实现了对脆性滑移类边坡失稳滑移的模拟, 并开发了相应的软件。     

强度折减有限元在堤防稳定分析中的应用研究

采用强度折减有限元法,研究非均值堤防塑性区的开展特征和失稳破坏过程,并根据堤防应力场分布和临界滑动面的形成来分析堤岸整体失稳破坏的机理。结果表明:把强度折减有限元应用到非均质土层的堤防边坡稳定分析,在理论上、数值模拟实现上都是可行的; 有限元静力平衡和位移计算不收敛作为堤防边坡整体失稳的标志,同时考察滑移面上某些特征点的位移与荷载增量的关系、参考土体内坡脚向坡顶上方贯通的塑性滑动带的形成,可以准确判别堤防边坡失稳破坏状态; 此外,堤防失稳时的应力场分布特征表明,有必要应用张拉-剪切复合屈服准则,以真实反映堤防边坡的临界滑动面形成机理。     

鄂西北山区降雨型边坡失稳模式和评价方法

2003年6月的一次连续降雨诱发了鄂西北山区郧漫公路沿线多处边坡失稳。根据边坡岩土体的组成和结构特征,总结出了5种典型的暴雨型边坡失稳模式：浅层堆积体滑移、含软弱面顺层滑移、切层边坡水压劈裂破坏、碎裂岩似弧形追踪破坏和块裂岩楔体滑移。根据边坡破坏特点和降雨作用形式提出了相应的评价方法,认为浅层堆积体在暴雨下含水量,即85%~100%液限含水量时易发生滑移,通过平面无限斜坡评价法计算边坡稳定性;含软弱面顺层边坡及块裂楔形体均为剪切滑移失稳,采用简化的刚体极限平衡法计算其稳定性;切层边坡中陡倾裂缝经历了卸荷张开－水压开裂－贯通破坏的过程,通过Ⅰ型裂缝扩展判据评价边坡稳定性;碎裂岩边坡发生类似弧形滑移的追踪破坏,采用连续介质圆弧法计算边坡稳定性。     

直立顺层边坡的黏弹性稳定分析

直立边坡的失稳与岩体的流变性质密切相关，其在一定载荷作用下失稳表现出延迟特性。采用自重作用下的梁柱力学模型，考虑岩石的流变性，给出了不同材料模型下直立边坡的极限坡高及其分析方法。     

高陡层状土质边坡风蚀失稳过程及机理研究

吐鲁番交河故城台地高陡层状土质边坡的失稳过程受风蚀控制和影响非常典型; 在土层组合特征和抗风蚀能力差异以及当地终年多大风的气候特征的共同作用下,坡体土层形成风蚀空腔并在空腔的控制下发生变形破坏。以工程地质定性分析、风洞实验、物理模拟为主要手段,结合数值模拟,分析了该边坡在自然风蚀改造过程中表现出具有特殊性、多样性和阶段性特征的失稳过程,验证了边坡风蚀空腔形成与发展的存在性,揭示了边坡在风蚀失稳过程中的客观存在的差异风蚀和外挑块体变形破坏机理,为防治和监测此类边坡的变形破坏提供了有益的参考。     

耒宜高速公路路堑边坡变形破坏特征及其综合治理

耒宜高速公路修建于山岭重丘区 ,沿线地形、地质条件差异较大 ,路堑开挖边坡类型较多 ,特征不一。本文介绍了路堑边坡的主要特征、边坡失稳的主要原因及治理对策。     

凹边坡参数对边坡稳定性的影响

抽象出凹边坡的几何模型,采用量纲分析的方法,给出凹边坡几何参数和物理力学参数对边坡稳定系数的影响通式．在FLAC定义的边坡稳定系数意义下,经过数万次计算,采用二次回归的方法,确定了通式中的影响指数,形成经验公式．结果表明,受Mohr-Coulomb和拉应力两个强度准则控制的材料,形成的凹边坡的稳定性受无量纲粘聚力、边坡角、内摩擦角的控制．凹形边坡有利于边坡的稳定,边坡稳定性与岩土的抗拉强度关系不大．这一稳定系数公式对于形状规则均匀性好且符合Mohr-Coulomb破坏准则的凹边坡可以给出精度高的估计．对于其它边坡的稳定性评价还需要做有针对性的工作．     

基于范例推理的黄土路堑高边坡稳定性预测研究

充分利用大量公路黄土路堑高边坡实例,构建了基于范例推理的边坡稳定性预测模型。该模型是将已建黄土路堑高边坡实例作为源范例,而将待分析边坡作为目标范例,通过源范例和边坡范例之间的相似度计算,得到目标范例与源范例之间的相似性序列,找出与目标边坡范例最相似的源范例,从而实现了黄土路堑高边坡的稳定性预测。实例分析表明,该法不仅原理简单、使用方便,而且效果良好。     

龙滩水电工程左岸B区边坡压脚工程效果分析

龙滩水电工程左岸蠕变体B区边坡的变形和稳定是工程安全的关键。根据边坡地质与稳定性分析,边坡的整体稳定性主要取决于坡脚岩体的稳定性,因此,B区边坡治理采取了压脚的工程措施。本文采用数值模拟方法(三维离散单元法)分析了压脚前后B区边坡的整体稳定性,结果表明B区边坡压脚工程可有效控制边坡岩体的变形。同时,数值分析结果也与边坡地表和深部位移动态监测结果一致,证明了压脚工程的显著效果。     

凤滩水电站扩建工程进水口反倾层状结构边坡岩体特征与加固处理

凤滩水电站扩建工程进水口边坡为厚层反倾结构边坡,岩体完整性好,由于边坡及进水口段洞室开挖未及时支护,导致进水口段上部边坡岩体产生轻微倾倒变形。本文描述了该进水口部位的地质条件,分析了进水口隧洞上部厚层反倾岩体稳定性。研究了施工过程中岩体发生轻微倾倒变形的原因,并提出了相应的加固处理方案,通过现场监测证明处理后边坡岩体是稳定的。     

松散堆积体工程边坡变形机理分析及支护对策研究

利用表面温度测量来反演热传导方程中的热源项是一类典型的热传导逆问题,在采用有 限体积法对三维非稳态热传导问题进行数值求解的基础上,将该热传导逆问题转化为优化问 题,建立了伴随方程法和共轭梯度法这两类反演算法. 采用这两类算法对一个典型算例的计 算结果表明：建立的两类反演算法是有效的,具有较好的抗噪性能. 此外,对反演算法 中计算收敛准则的选取进行了较深入的分析,结果表明,由于热传导逆问题的不适定性,优 化过程中目标函数值越小并不意味着反演结果与真值更为接近,可以通过设定合适的收敛准 则来模拟正则化项的作用,克服不适定性的影响.     

西南大渡河某水电站溢洪道陡槽段雾化边坡稳定性分析

泄洪雨雾入渗导致边坡变形进而影响边坡稳定性的问题已成水电建设的重要工程问题之一。针对西南某水电站溢洪道陡槽段边坡挤压错动带发育、节理裂隙和控制性结构面发育等结构特点,分析该边坡开挖支护后泄洪雾化条件下潜在失稳的边界条件及变形破坏模式。根据边坡所处的地质环境条件,从泄洪雾化对边坡岩体的作用机制入手,得到了雨雾对该边坡稳定性的影响主要为雨雾沿着顺倾坡外拉裂面入渗,影响结构面力学特性,从而影响边坡稳定性。并按结构面类型取不同软化系数,采用数值模拟方法分析了泄洪雨雾入渗后边坡的变形破坏趋势。分析结果表明：在考虑不同的软化系数时,溢0+555.00下游侧边坡岩体稳定性有较大的差别,若以中间值075考虑,溢洪道陡槽段边坡的稳定性稍差,可能产生一定规模的剪切蠕动变形或块体失稳,必须加强一定的支护措施保证该处边坡在施工期安全和运营期间的长期稳定性。     

一种基于稳定性评价的岩质边坡坡体结构分类方法

对目前岩质边坡勘测研究中所使用的结构术语及概念进行了梳理和厘定,提出了基于边坡稳定性评价的坡体结构的概念; 结合我国近年来水电工程岩质边坡勘测实践,以边坡主控结构面和潜在变形失稳模式为核心,总结提出了坡体结构类型划分体系,即将岩质边坡划分为层状坡体结构、中陡裂隙(面)控制坡体结构、楔形坡体结构和均质坡体结构四个大类九个亚类。该坡体结构概念及其分类体系对于复杂岩质边坡稳定性的定性评价、计算方法选择、边界条件确定以及稳定控制方案的制定具有指导意义。     

巫山县望霞乡桐心村危岩体变形破坏机制分析

本文通过详细调查危岩体所处斜坡变形现象发现,斜坡下部有约1m厚煤层被开采,斜坡上有塌陷和岩体开裂两种变形现象,两种变形均在继续发展;且这两者均与煤层开采有较大关联。工程地质类比法认为采煤引起的沉陷-掀斜变形机制对地表变形起主导作用。采用UDEC数值模拟表明,煤层开采后,位移变形由下向上传递。地表沉陷量向临空面增加,水平位移量也向临空面增加。上部坡体变形受垂直裂隙控制,下部坡体变形受水平层面和煤层控制;整体形成沉陷-掀斜。计算变形曲线显示变形有两个阶段,突破式跳跃变形阶段和缓慢变形阶段;如果没有新的开采活动,随着时间的推移山体最终会自行稳定下来。临空面的孤立危岩体在斜坡系统平衡后仍有较大速率,其稳定性较差,建议对其进行清除。     

纵波作用下边坡动力响应规律研究

地震工程的观点认为水平地震力是引起岩土体破坏的决定性因素,竖向地震力的影响则微不足道。鉴于汶川地震中表现出竖向地震力对边坡和建筑造成极大破坏,本文利用FLAC软件对不同坡高、坡角的边坡在不同周期、振幅的纵波作用下边坡动力响应规律做了数值模拟研究。结果表明：坡高较低时,振动加速度在1/2坡高以下范围内随高程逐渐增大, 1/2坡高以上则保持不变,当坡高增大时,振动加速度变化出现律动性,坡顶附近较其他部位存在明显的放大; 坡角的增大会造成振动加速度放大幅度的增大; 振动加速度随动力振幅的增大而增大,并呈明显的线性关系; 振动加速度随地震波周期的增大逐渐减小。