下伏隧道层状岩质边坡地震响应特性的大型振动台试验研究

针对下伏隧道水平层状岩质边坡,设计并完成比尺1∶10的大型振动台试验。试验选取汶川波、Kobe波和大瑞人工波作为台面输入地震波,研究下伏隧道水平层状岩质边坡的加速度和动位移响应变化规律及地震动参数对边坡动力响应特性的影响。研究表明:在地震荷载作用下,下伏隧道水平层状岩质边坡的加速度响应随着地震波类型、激振强度、激振方向、岩层相对位置等因素呈现出非线性变化特征;在X向或Z向单向激振下,边坡主要在地震波激振方向上产生动力响应;边坡的竖直加速度放大系数沿坡高呈"U"型变化,最小值出现在软弱夹层与上部弱风化岩层的分界面处,软弱夹层对边坡的竖向加速度响应有较大影响。边坡的动位移响应整体上表现为:对于不同类型地震波,Kobe波双向激振下最大、大瑞波次之、汶川波最小;对于同一种地震波,双向激振时较强、单向激振时较弱。边坡软弱夹层与上部弱风化岩层的分界面在耦合地震作用下易发生剪出破坏,应采取相应的预加固措施。     

雅砻江锦屏一级水电站坝址区实测地应力与重大工程地质问题分析

本文对雅砻江锦屏一级水电站坝址区Ⅱ1-Ⅱ1及其前后剖面实测地应力进行了系统整理分析。分析结果表明:在相同的水平和垂直埋深条件下左岸坡角应力大小较右岸坡角小,这主要是由边坡岩体结构确定的;左岸导流洞开挖过程中在应力大小较右岸低的情况下出现坍塌工程地质问题也与左岸边坡岩体结构有关,而非岩爆等诱发。另外对左岸岩体深部裂缝在已有研究成果的基础上从应力集中、能量积累角度初步提出了新的边坡变形破坏方式,并从岩体结构和地应力大小方面对锦屏一级水电站工程建设过程中左、右岸应注意的工程地质问题提出了初步建议。     

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。     

强震条件下双面坡变形破坏机理的振动台物理模拟试验研究

5·12汶川地震引发了数以万计的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。为了研究双面坡在强震条件下的动力响应规律,本文在大量野外调查的基础上,采用振动台物理模拟试验手段,设计完成了四类11个模型试验,从改变模型的坡度和坡顶宽度、软岩硬岩结合、阶梯状坡形等角度,较系统地研究了双面坡在强震作用下的响应规律。试验结果显示：强震条件下地震水平惯性力是导致边坡破坏的主要原因; 在地震情况下边坡变形破坏表现出明显的初动破坏效应; 振动过程中双坡具有明显的共剪效应,坡面为阶梯状时其共剪效应更明显; 坡体结构为上软下硬时下部硬岩对振动具有一定的放大效应,上硬下软时坡体易整体偏移产生变形破坏。试验结论与实际情况基本符合。     

地震下含有逆坡裂隙的露天矿边坡破坏模拟与研究

为了解含有逆坡裂隙和水平裂隙的露天矿边坡在地震作用下的破坏过程和形式,基于颗粒流方法对边坡进行建模,并实施地震模拟。根据实例构建了露天矿边坡模型,并设置了87°的向斜左翼构造面裂隙和水平裂隙。数值模拟了地震载荷频率为5Hz时,加速度分别为0.2g、0.3g、0.4g、0.5g时的边坡破坏情况。其中每种加速度情况下选取的持续时间分别为8s、14s、20s及稳定状态(颗粒位移速度小于10~(-3)m/s),总计16种工况。模拟结果表明:随时间的发展,初期边坡坡面附近出现裂缝并向坡外发展,未开裂岩体始终完整稳定;各加速度下边坡岩体破坏和稳定的部分几乎相同;随着加速度的增加,边坡破坏时间逐渐缩短;逆坡裂隙边坡破坏主要是边坡内被裂隙分割岩石的倾覆、翻滚、垮塌;顺坡裂隙边坡是岩石的断裂,形成贯穿于边坡的破坏带。     

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。     

APPROXIMATE THEORY AND ANALYTICAL SOLUTION FOR DYNAMIC CALCULATION OF VISCOELASTIC LAYERED PERIODIC PLATE

由于周期性隔振结构动力计算中较少考虑轨道交通载荷及材料黏弹性,因此,本文以黏弹性层状周期板为研究对象,提出了垂向移动简谐载荷下,可以考虑材料黏弹性及板内横向剪切变形的黏弹性层状周期板动力计算近似理论并给出解析解答.设板中性面的横向剪切变形为横截面的整体剪切变形,利用Reissner-Mindlin假设及提出的剪切变形补充计算条件,得到了中性面法线转角与中性面剪应力的关系.基于平衡方程和应力连续条件,建立了黏弹性层状周期板振动控制方程,推导了对边简支对边自由条件下,板垂向位移的简化Fourier级数形式解.与经典层合板模型和有限元计算结果进行了比较,验证了本文解答的有效性.结果表明：（1）黏弹性层状周期板可以显著降低单一材料板在自振频率处的振动响应,但会引起局部低频频段的振动放大;（2）板的垂向位移随着载荷速度的增大而增大,当载荷速度超过300 km/h后,其对板振动响应的影响减弱;（3）黏弹性层剪切模量存在最佳设计值,可使结构的隔振性能最佳;（4）黏弹性层的阻尼特性在低频范围内对结构振动影响较小;（5）可在满足工程实际的情况下适当增加板长,以提高结构的隔振性能.     

黏弹性层状周期板动力计算的近似理论与解答

由于周期性隔振结构动力计算中较少考虑轨道交通载荷及材料黏弹性,因此,本文以黏弹性层状周期板为研究对象,提出了垂向移动简谐载荷下,可以考虑材料黏弹性及板内横向剪切变形的黏弹性层状周期板动力计算近似理论并给出解析解答.设板中性面的横向剪切变形为横截面的整体剪切变形,利用Reissner-Mindlin假设及提出的剪切变形补充计算条件,得到了中性面法线转角与中性面剪应力的关系.基于平衡方程和应力连续条件,建立了黏弹性层状周期板振动控制方程,推导了对边简支对边自由条件下,板垂向位移的简化Fourier级数形式解.与经典层合板模型和有限元计算结果进行了比较,验证了本文解答的有效性.结果表明:(1)黏弹性层状周期板可以显著降低单一材料板在自振频率处的振动响应,但会引起局部低频频段的振动放大;(2)板的垂向位移随着载荷速度的增大而增大,当载荷速度超过300 km/h后,其对板振动响应的影响减弱;(3)黏弹性层剪切模量存在最佳设计值,可使结构的隔振性能最佳;(4)黏弹性层的阻尼特性在低频范围内对结构振动影响较小;(5)可在满足工程实际的情况下适当增加板长,以提高结构的隔振性能.     

自重体积力作用下坡体张应力及坡面位移的变化规律

为了提高对边坡体力学行为的认识,借助于FLAC有限差分软件的数值模拟,并结和相似理论的推导验证,研究了在仅有自重体积力作用的条件下,线弹性边坡体的一些力学特征及其与相关变量或物理力学参数的相关关系。没有外载荷影响时边坡地表最大主应力和最小主应力分别平行和垂直于地表,当深度增加时,主应力的取向逐渐变成竖直和水平两个方向,坡面处既有张应力区也有拉应力区,坡脚处亦存在较大的张应力,这是自重体积力作用下边坡体应力分布的一般性特征,在本文和前人的研究中都能体现。本文还重点揭露了：坡角线性增加时坡顶最大张应力的变化速率表现为：快——慢——快; 沿坡顶面竖直向下张应力随深度增加线性减小; 小变形条件下边坡应力场与弹性模量无关; 最后验证了满足相似理论的坡体,坡面对应点的位移比是其几何尺寸比的平方倍。本文不仅是对既有研究成果的进一步补充,而且为以后研究复杂条件下边坡体的力学特征奠定了基础,对于理论和实践都有一定的启发意义。     

考虑阻尼的无限长小垂度缆索弹性波的传播

缆索结构被广泛应用于电气、土木、海洋和航空工程等领域,随着缆索在工程中的应用长度越来越长,高阶振动越来越明显,研究时应该考虑扰动沿着缆索的传播.现有对缆索弹性波传播的研究中,通常不考虑阻尼项,然而阻尼对于波的传播有着重要影响.文章考虑阻尼的影响,发展了包含阻尼项的三维弹性缆索运动方程.通过求解上述含阻尼项的运动方程,分别考察了面内面外弹性波的频率关系、相速度和群速度等自由传播特性,进而通过计算无限长弹性缆索在初始余弦型脉冲作用下的位移响应,分析扰动沿着该缆索的传播规律,考察波的色散现象以及阻尼对于缆索弹性波传播的影响.结果表明,考虑阻尼后,面内波和面外波均为色散波,面内波在曲率的作用下,为高度色散波.此外,在阻尼的影响下,波的峰值在传播过程不断减小,且波的后缘端点响应总是高于前缘端点响应.     

楔形体破坏模式下红层边坡岩体质量SMR法评价

简要介绍了边坡岩体质量分类的SMR法,将之应用于2个典型楔形体破坏模式下红层岩体高边坡稳定性宏观评价。 指出在评价过程中要注意对边坡起控制作用的优势结构面,并将其作为SMR法中结构面项评分的主要依据,这样得出的评分 值与边坡的实际情况才会比较相符。对地应力的影响进行了定性的分析,指出高地应力地区边坡SMR法应该慎用。     

西南某大型水电站拱肩槽边坡开挖的变形响应研究

对基于结构网格的Euler方程及N-S方程求解器和基于非结构网格的Euler方程求解 器,采用结构模态分析方法和柔度矩阵方法,对无人机大展弦比机翼在Ma=0.6, α=2?, 飞行高度20km的巡航状态下的静气动弹性特性进行了数值模 拟. 验证了两种求解器对静气动弹性模拟的准确性. 同时,对模态分析方法和柔度 矩阵方法进行了对比研究,发现柔度矩阵方法更适用于静气动弹性数值模拟. 另外, 对应用物面法向偏转方法替代网格变形技术模拟静气动弹性进行了研究,计算表明 物面法向偏转方法可以大大提高静气动弹性计算效 率和克服机翼结构变形过大时动网格技术无法处理的不足.     

超临界CO2气爆煤体致裂机理实验研究

为提高超临界CO₂气爆低渗透煤层增透技术的应用水平,进一步研究超临界CO₂气爆煤体致裂机理,利用自主研发的超临界CO₂气爆装置,在多通道电液伺服相似材料试验台上,对原煤和混凝土大试件(1 m×1 m×0.5 m)进行了超临界CO₂气爆实验,用动态应变仪采集试件内部监测点处的变形和破坏信息,并用工业窥镜对爆破孔内裂隙分布进行了观测。分析气爆应力波的变化规律和气爆后试件的破坏形貌特征可知,距离气爆孔由近及远依次分为粉碎区、裂隙区和震动区,其形成机理为:超临界CO₂冲击气爆孔周围介质并形成远超介质抗压强度的球面纵波,介质在径向压应力作用下发生粉碎性破坏,形成粉碎区;应力波传播能量逐步衰减,不足以使介质产生压缩破坏,然而脆性材料抗压不抗拉,其产生的环向应力仍然使介质产生径向裂隙,应力波之后具有准静态加载作用的高压CO₂气体进入裂隙形成气楔,促使裂隙进一步发育和扩展,形成裂隙区;裂隙区以外的介质在低能量应力波的作用下只发生震动,未发生明显破坏,即震动区。裂隙的扩展速度与其到气爆孔距离符合“S”形曲线衰减,裂隙的高速扩展发生在粉碎区,低速扩展发生在裂隙区;距离气爆孔越远,测点的峰值应变越小,相同距离内节理裂隙等结构面越复杂,峰值应变减小的幅度越大且应变波形差别越大。     

斜坡地质灾害的空间预测问题

结合典型实例阐明斜坡地质灾害的空间预测是灾害防治工作的前提条件与成败关键。继而讨论了“斜坡地质灾害空间预测”的内涵与工作程序,以及与斜坡稳定性评价预测相关的斜坡破坏型式,斜坡结构类型,斜坡破坏的环境条件和人类活动的影响等问题。在斜坡地质灾害空间预测的定义中,笔者将预测时段仅限于“工程年代”之内,且前提是保持现有斜坡结构和环境条件,以及可预料的人类活动影响;预测程序是先进行斜坡稳定性预测,然后再对稳定性差或较差的坡段进行灾害危险性(度)预测。关于斜坡破坏型式的划分,一是从它的影响范围和“量”与“质”的关系看都需重视其单次规模;二是要与斜坡的成因结构类型相结合,才能对现场地质调查与研究具有指导意义。为了展示斜坡的成因结构类型对稳定性的控制意义,本文提供了长江三峡工程库区和西部大开发中总结出来的碎屑岩和副变质岩斜坡的新类型系统,并对三类土质斜坡的典型结构特征和稳定性进行了简要比较。关于环境条件对斜坡稳定性影响的量化研究,笔者更看重多个非自体(非本坡段)天然模型观测和滑坡反算的成果。同时建议在全面准确的现场调研的基础上建立确定性地质模型并应用基础学科的相关原理进行单要素的量化分析和单元分析,以便进一步揭示斜坡变形破坏机理。     

金川露天矿边坡岩体移动和变形的光弹性软材料模拟实验研究

通过对边坡岩体破坏机理的光弹性力学模拟实验研究, 岩体在地应力作用和自重体积力作用下, 对露天矿边坡的力学状态具有明显地影响。实验采用了明胶软材料, 模型比例1：1100。实验模拟了在自重应力和构造应力作用下, 边坡岩体的位移和变形。     

爆炸荷载作用下两平行裂纹对扩展中裂纹的影响规律

用实验和数值模拟方法，研究在爆炸载荷下岩体内部一对平行裂纹对扩展主裂纹的影响规律。实验中，采用带有中心装药孔及预制裂纹的砂岩圆盘试件，利用由示波器、超动态应变仪及裂纹扩展计所组成的测试系统，监测主裂纹扩展速度和扩展距离；数值模拟中，采用了AUTODYN软件进行，模拟了主裂纹及两平行裂纹的扩展规律，对岩石材料，采用线性状态方程及最大拉应力失效准则，并在两平行裂纹间设置相应的观测点记录应力曲线。通过实验与数值模拟分析，得到:爆炸载荷下，紧随冲击波后的稀疏波经过两平行裂纹面反射后变成压缩波，并在两平行裂纹间产生垂直于主裂纹扩展方向的压应力，对裂纹的扩展有压制、止裂作用；而且，这种压应力的大小与两平行裂纹的间距有关，进而导致了不同的止裂效果，影响裂纹的扩展速度及最终扩展长度。     

映秀—卧龙公路沿线汶川地震地质灾害研究

映秀—卧龙公路是汶川地震灾区距震中最近、震害最为严重的一条公路,本文对沿线地震地质灾害进行了详细的调查研究。依据震害特征,将沿线震害划分为斜坡中上部强风化岩体及土层失稳、结构面切割岩体崩滑失稳、滑坡、泥石流等4类,并分析了沿线震害发育规律。调查表明：龙门山后山断裂两侧地震地质灾害呈现显著的差异性,主要是由深大断裂的消震隔震效应,地貌放大效应,地质结构等三方面因素决定的。通过134条实测剖面分析,研究了地震失稳斜坡坡度和失稳部位。地震诱发失稳斜坡坡度在33°～84°之间,主要分布在41°～65°之间,可以认为地震诱发斜坡失稳灾害主要发生在40°以上的斜坡。斜坡失稳部位主要分布在斜坡中上部以及地貌突出部位,主要失稳部位在04坡高以上。从研究斜坡动力失稳的角度,将沿线斜坡划分为基岩-土层及强风化层斜坡地质结构、不利外倾结构面基岩斜坡地质结构、块状构造基岩斜坡地质结构、块碎石土层斜坡地质结构等几种地质结构模型,分析论述了各种地质结构相应的地震地质灾害类型及特点。
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透水床面明渠湍流时空平均特征的大涡模拟与分析

基于大涡模拟数据,研究了理想粗糙透水床面明渠湍流的时空平均特性. 考虑到空间异构性,对比分析了不同位置的时空平均流速、雷诺剪应力、构造剪应力、脉动幅度的垂线分布. 结果表明:第一,顶层床面之上,空间异构性的影响较小,不同位置的双平均流速符合类似的对数分布,但由于透水床面影响,卡门常数较不透水床面小;在床面附近,空间异构性影响较大,不同位置的双平均流速分别符合线性分布与多项式分布;在透水河床内部,靠近底层球孔的双平均流速为上部球孔双平均流速的1.55 倍. 第二,床面之上,雷诺剪应力占总剪应力的95% 以上,占有主体地位;床面附近,紊动较大,构造剪应力不能忽略,其值大约占总剪应力的15%.由于流场的各向异性,纵向与垂向的脉动幅度有所差异.