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.     

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。     

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。     

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。     

缓倾外层状结构边坡变形破坏模式及支护对策研究

高速公路开挖形成越来越多的工程边坡。缓倾外层状结构边坡作为一种典型的岩质边坡,一般情况下整体稳定性较好,但在特定的结构面组合状况下,开挖后也可能产生整体变形破坏。本文以软弱结构面和长大裂隙发育的公路工程边坡为例,通过岩体结构及边坡一定范围内已有边坡破坏现象的调查研究,采用工程地质类比和三维离散元法综合分析边坡变形破坏模式,并针对变形破坏模式的特点,提出支护对策。研究结果表明,结构面贯通坡体形成切割块体的后缘和侧缘边界时,缓倾外层状结构边坡可沿层面产生滑移-拉裂变形,若滑面与临空面具有一定夹角,边坡的变形可表现为旋转式滑移-拉裂;结构面组合控制的缓倾外层状结构岩质边坡稳定性受坡体中下部的关键块体控制,一旦关键块体失稳,将引起上部块体的连锁失稳,此类边坡变形控制的重点是对关键块体分布区域进行强支护;支护工程实施后的变形监测结果表明,基于变形破坏模式分析的边坡支护方案保证了边坡施工和运营过程中的安全。     

高边坡岩体渐进性破坏粘弹塑性有限元数值模拟

根据边坡实际地质模型 ,基于弹塑性与粘弹 -粘塑性理论的本构方程 ,通过有限元模拟分析 ,定量地揭示和模拟再现了高边坡岩体破裂、变形、破坏及失稳前后锁固段岩体渐进性破坏的机制和过程 ,探讨了高压水流作用下滑坡启程剧动的破坏机理。     

岩石破裂滑动过程及其声发射数值模拟

运用岩石破裂与失稳过程分析RFPA2D系统, 对滑动形成过程进行了数值模拟研究。滑动岩体似为非均匀弹 -脆岩石材料, 模拟结果再现了滑动形成从变形到破坏直至失稳的全过程及其声发射规律。     

下伏软弱层黄土边坡变形机制分析及治理对策研究

本文研究了陕北某电厂夹断层破碎带上覆黄土的泥岩、砂岩互层反倾边坡的变形机制,并研究治理对策及其治理效果。通过边坡工程地质条件及变形破坏特征分析,建立FLAC3D地质模型,采用数值模拟方法研究了边坡变形破坏机制,在此基础上提出削方减载、锚筋桩、锚杆及坡面防护的综合治理措施。研究结果表明,边坡的变形受开挖坡形的影响,坡体浅表层特别是断层带及坡顶黄土部位出现大范围拉应力集中,断层带出现向坡外的挤出变形,带动上部黄土的牵引式变形,引起沿黄土和基岩基覆界面的剪切变形,在黄土中出现大量拉裂缝,在一定条件下潜在滑移面逐渐贯通,坡体将产生整体失稳。边坡的治理应通过削方减载改善坡体应力环境,并重点控制断层带及黄土与基岩基覆界面的变形,数值模拟结果表明,治理后边坡稳定性较好,满足设计要求。     

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。     

黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或"牵引式滑坡"。     

土质边坡震裂机制物理模拟研究

为了研究地震中土质边坡(包括覆盖层边坡)在强震作用下破裂的成因机制,以 "5 ·12" 汶川特大地震为背景资料,采用震动台模拟试验进行了研究。模拟试验结果表明:斜坡震裂变形破坏与斜坡外形结构特征具有相关性。坡面转折点应力最易集中,破坏的可能性较大。震动条件下土质边坡完全破坏也具有一般性的规律,即以"一垮到底"的方式堆积于坡脚。本次震裂边坡形成机制研究初步显示了一定规律,但在地震条件下的动力响应问题还需进行更深入研究。     

高山峡谷地区高陡边坡深部裂缝一般特征分析

中国西南部,尤其是水能资源较为集中的青藏高原周边地区是近期工程建设的热点地区。由于强烈的内外动力地质作用,这些地区形成了高山耸立、沟谷深切的地貌景观,高山峡谷区的高陡岩质斜坡变形与稳定将是工程建设所面临的主要工程地质问题之一。高陡边坡的变形与稳定对工程建设的可行性起到决定性作用,并影响着施工周期和工程造价。本文分析了深裂缝现象的一般特征,认为深裂缝是在特定地质环境下内外动力地质共同作用的产物,一般均具有"三高"、"继生"这一共性。在工程处理方面,深裂缝可按山体加固的方法进行工程处理,预应力锚固洞可较好处理深裂缝问题。     

大型反倾库岸岩体变形过程及破坏机制数值模拟

随着边坡地质结构、地层岩性和诱发因素的不同,反倾岩体的主控变形破坏模式都会发生改变。金沙江龙蟠边坡岩体主要为反倾向千板岩和砂岩互层状结构,坡脚河床深厚覆盖层构成了边坡的软弱支座。本文运用离散单元法模拟了大型反倾库岸岩体在漫长的地质历史时期中的变形演化过程,并基于反倾岩体变形的时效性观点,引入强度折减法分析边坡在不同阶段的剪切屈服区扩展情况及相应的稳定性状态。结论表明龙蟠边坡变形岩体是重力弯曲蠕变为主导的成因机制,并归纳提出了软基效应和互层效应共同作用下的大规模反倾岩体的累进性剪切破坏模式,俗称“龙蟠模式”。     

反倾层状岩体斜坡弯曲-拉裂两种失稳破坏之判据探讨

对反倾层状岩体斜坡弯曲-拉裂的失稳破坏判据,已有研究分别基于两种力学模型进行推导,即竖直压杆弹性屈曲稳定和平直梁弯折破坏模型,但对层间错动阻力及挠度产生附加弯矩等因素未加以考虑,不尽合理。在反倾斜坡岩层受力分析基础上,建立考虑了板侧层间错动阻力的下端嵌固、上端自由的斜置等厚弹性悬臂板梁模型,统一地通过瑞利-里兹能量方法,推导了弹性屈曲临界条件和嵌固端弯折破坏临界条件。实例计算及讨论表明,弹性屈曲判据适用于陡立岩层;而中-陡反倾岩层应主要为弯折破坏,但层间的力学性质对弯折临界判据值具有较大影响。     

常吉高速公路湘西段路堑边坡结构特征与防护措施

常吉高速公路湘西段地形起伏大, 地质条件复杂, 路堑边坡数量众多, 边坡稳定性问题突出。本文根据岩体产状与边坡坡面的关系研究, 认为常吉高速湘西段路堑边坡主要包括顺向坡、正交坡与反向坡, 其中顺向坡的变形破坏机制与它的物质组成、岩体结构合风化程度等有关。分析、总结了路堑边坡的变形破坏模式, 提出并实施了针对不同边坡结构类型与变形破坏模式的边坡防护措施。     

岩质边坡关键块体的搜索方法及工程应用

工程边坡开挖所揭露的某些结构面组合块体在破坏原有静力平衡状态后,进行应力重新分配,进而块体会发生失稳、滑动等变形,甚至影响到整个边坡发生破坏,因此,结构面组合块体的稳定性是决定岩质边坡稳定的重要因素。本文通过对某工程开挖边坡地形和结构面三维实体模型的建立,实现了边坡结构面与开挖地形实体模型在AutoCAD平台上的可视化操作,剖切不同位置的二维图形预测分析了边坡开挖后可能存在的结构面组合块体,采用块体计算程序(Swegde)验证关键块体并进行稳定性评价。结果表明：三维实体模型及剖切技术与块体计算方法的结合,易于搜索关键块体。事实证明,该方法操作简便,计算结果准确,搜索方法具备可行性。     

三峡库区边坡结构及失稳模式研究

随着三峡库区移民迁建工程的实施,移民城市与集镇建设和路桥工程施工形成了大量人工高边坡。据统计,移民迁建区已形成的高边坡多达3000余处,由于地质条件复杂,90%的边坡安全性达不到要求,对移民工程构成严重威胁。与我国其他地区不同,三峡移民区的边坡顶部、下部,甚至边坡中部大都要修建建筑物,因此,在治理边坡的同时,往往要考虑采用退层建筑方式利用边坡的问题,同时,三峡库区的城市功能以旅游开发为主,结合边坡整治来实施绿色工程和开发旅游资源非常重要。为了尽可能利用有限的土地资源,移民工程往往是依山就势,一般都采用前挡后挖的模式进行场平。本文系统研究了三峡库区边坡结构类型,划分为顺层边坡、平缓软硬岩层互层边坡、滑崩堆积体边坡、溶塌角砾岩边坡、层状碎裂岩体边坡等,并对典型边坡开挖前后变形破坏过程进行了研究。结合三峡移民迁建工程,介绍了基于防护的边坡利用技术,并进行了示范。     

地震诱发滑坡复活机制的FLAC3D 数值模拟分析

地震是影响斜（边）坡、滑坡稳定性的主要因素之一。白龙江上某大型滑坡经顺层斜坡发生倾倒变形而成,天然状态下处于基本稳定状态,在“5.12″汶川地震作用下,该滑坡有整体复活迹象,其后缘周界形成了连续贯通的拉裂缝、错动台阶,尤其是滑坡下游区变形拉裂较明显。本文以该滑坡在地震作用下发生复活为例,在分析滑坡所处的区域地质条件的基础上,详细研究了滑坡的基本特征以及地震作用导致滑坡复活的现象、特征,然后利用FLAC^3D 软件内置动力分析模块对该滑坡复活机制进行了分析、研究。数值分析表明,地震作用下滑坡变形破坏受坡体形态的影响较显著,滑坡对地震波具有明显的放大效应; 同一地震动条件下,滑坡体相对周边处于稳定状态基岩边坡对地震更为敏感。这较好地解释了“5.12″汶川地震作用下,该滑坡的复活原因。