软弱顺倾岩体爆破层裂的准静态力学模型应用研究

针对顺倾岩质边坡爆破引起软弱夹层冲刷、压密而影响边坡稳定的问题,应用爆轰气体等熵绝热膨胀理论,建立深孔爆破过程中软弱顺倾边坡的准静态力学模型,导出了爆炸作用在软弱夹层内形成爆腔后的准静态压力和软弱层临界层裂长度计算公式。通过分析爆轰气体楔入层面内对边坡岩体产生的抬动作用,推得了边坡潜在滑体的稳定系数与装药参数、岩体力学参数和边坡几何尺寸的定量关系。将提出的准静态力学模型应用于两个典型顺倾岩质边坡的爆破动力稳定分析,得到了与工程实际相符合的计算结果。     

边坡稳定分析的虚功率法

基于有限元计算所得应力场的改进极限平衡法,对渗流与有效应力耦合作用强烈的边坡或地基的稳定性分析具有优势.本文提出了边坡稳定分析的虚功率法,即基于极限分析的上限定理,利用机动许可的组合刚体滑动机构和有限元应力场,用滑动机构的速度间断面上的抗滑力功率与滑动力功率的比值计算安全系数.通过分步优化方法,获得边坡给定滑动机制的稳定安全系数.对2个典型折线滑动机构的边坡案例进行了分析,比较了采用静力平衡应力场和静力许可应力场对安全系数的影响.指出基于土体线弹性本构模型所得的有效应力场计算的稳定安全系数,也是边坡稳定安全性的一个不错的度量.算例中本文计算所得的边坡稳定安全系数,与文献中推荐的答案很接近,其滑动机制与有限元强度折减法分析所得的滑动机制基本一致,安全系数也接近,表明本文提出的方法是合理的边坡稳定分析新方法,为边坡和地基的稳定性分析提供了新的选择.     

边坡稳定分析的虚功率法

基于有限元计算所得应力场的改进极限平衡法, 对渗流与有效应力耦合作用强烈的边坡或地基的稳定性分析具有优势. 本文提出了边坡稳定分析的虚功率法, 即基于极限分析的上限定理, 利用机动许可的组合刚体滑动机构和有限元应力场, 用滑动机构的速度间断面上的抗滑力功率与滑动力功率的比值计算安全系数. 通过分步优化方法, 获得边坡给定滑动机制的稳定安全系数. 对2个典型折线滑动机构的边坡案例进行了分析, 比较了采用静力平衡应力场和静力许可应力场对安全系数的影响. 指出基于土体线弹性本构模型所得的有效应力场计算的稳定安全系数, 也是边坡稳定安全性的一个不错的度量. 算例中本文计算所得的边坡稳定安全系数, 与文献中推荐的答案很接近, 其滑动机制与有限元强度折减法分析所得的滑动机制基本一致, 安全系数也接近, 表明本文提出的方法是合理的边坡稳定分析新方法, 为边坡和地基的稳定性分析提供了新的选择.      

复杂条件下露天采场边坡变形分析

露天采场边坡的变形特征对边坡稳定性评价、露天开采以及对边坡变形监测具有重要意义 ,复杂条件下 ,露天采场边坡的变形特征难以预测。本文采用快速拉格朗日分析 (FL AC)方法对金牛公司露天采场稳定边坡、不稳定边坡时空上的变形特征以及空区和分步开挖对边坡变形特征的影响进行了综合分析。结果表明 :FL AC方法在分析复杂条件下的边坡变形特征方面显示了较强的优势 ,稳定边坡和不稳定边坡有着各自不同的变形特征 ,空区和开采速度对边坡变形产生一定的影响。     

局部与整体水压法在水下饱和边坡稳定分析中的应用

针对以考虑土条侧向条间力来提高瑞典条分法的计算精度方法, 作者基于物理学思想, 提出了局部与整体水压法以进行水下饱和边坡稳定分析, 并采用该法对瑞典条分法中一对相互矛盾的"真假李逵" 式进行了辨析. 指出李鬼式精度低的原因在于直接提取土条顶面和底面水压力沿着竖向的分量来建立平衡, 而忽略了其沿着水平方向分力的影响, 并证明了局部与整体水压法在提高有水边坡计算精度和便捷度时具有的普适性.     

水平井降压法和热激法水合物开采对海底边坡稳定性的影响

天然气水合物广泛赋存在深海沉积物孔隙中, 被认为是具有巨大开发潜力的未来绿色能源之一, 引起全球的关注. 深海水合物开采将造成含水合物储层的强度劣化, 可能产生孔压积聚, 诱发海床失稳. 本文基于边坡稳定极限平衡分析框架, 引入考虑水合物开采热-流-化学耦合过程的数值分析模型, 研究水合物开采对海底边坡稳定性的影响. 采用TOUGH+HYDRATE热-流-化学耦合分析程序, 模拟了采用水平井降压法和热激法开采深海水合物的过程, 分析了水合物分解锋面扩展和瞬态孔压演变的规律, 并通过SLOPE/W程序采用极限平衡分析方法计算水合物开采过程及停采后的海底边坡安全系数, 分析开采井位置和开采方法对海底边坡稳定性的影响. 研究表明, 对于存在致密盖层的细砂储层陡坡, 单水平井降压开采过程中, 由于孔压降低, 土体有效应力增加, 边坡稳定性显著提高, 当开采井布设在坡体中部时, 边坡稳定性提高最为明显; 停采后, 由于水合物分解导致土体黏聚强度降低, 且孔压逐渐回升到静水压状态, 导致边坡稳定性下降, 最危险滑弧通过水合物分解区. 若采用双水平井热激法开采, 开采过程与停采后的最危险滑弧始终通过水合物分解区, 由于开采过程中温度升高, 井周孔压显著上升, 导致边坡安全系数明显下降, 存在诱发滑坡的风险.      

水平井降压法和热激法水合物开采对海底边坡稳定性的影响

天然气水合物广泛赋存在深海沉积物孔隙中,被认为是具有巨大开发潜力的未来绿色能源之一,引起全球的关注.深海水合物开采将造成含水合物储层的强度劣化,可能产生孔压积聚,诱发海床失稳.本文基于边坡稳定极限平衡分析框架,引入考虑水合物开采热-流-化学耦合过程的数值分析模型,研究水合物开采对海底边坡稳定性的影响.采用TOUGH+HYDRATE热-流-化学耦合分析程序,模拟了采用水平井降压法和热激法开采深海水合物的过程,分析了水合物分解锋面扩展和瞬态孔压演变的规律,并通过SLOPE/W程序采用极限平衡分析方法计算水合物开采过程及停采后的海底边坡安全系数,分析开采井位置和开采方法对海底边坡稳定性的影响.研究表明,对于存在致密盖层的细砂储层陡坡,单水平井降压开采过程中,由于孔压降低,土体有效应力增加,边坡稳定性显著提高,当开采井布设在坡体中部时,边坡稳定性提高最为明显;停采后,由于水合物分解导致土体黏聚强度降低,且孔压逐渐回升到静水压状态,导致边坡稳定性下降,最危险滑弧通过水合物分解区.若采用双水平井热激法开采,开采过程与停采后的最危险滑弧始终通过水合物分解区,由于开采过程中温度升高,井周孔压显著上升,导致边坡安全系数明显下降,存在诱发滑坡的风险.     

水下岩质边坡在波浪作用下的稳定性分析

运用ANSYS程序对水下的岩质边坡进行数值模拟分析,采用不同的材料强度来模拟岩石和软弱结构面。应用强度折减方法对边坡的强度参数进行折减,直至边坡出现破坏,分析边坡在达到破坏时内部的应力应变情况和位移变形情况。对于波浪力,本文采用简化的波压力方程模拟低频的水波对边坡的波压力影响,并用多个模型比较计算的方法得出最佳的模型尺寸和水下荷载的计算模式。     

渗流对岩体高边坡位移的影响

根据渗流场和位移场耦合机理 ,结合某大型船闸工程 ,采用有限元法进行计算分析和对比 ,结果表明船闸在开挖过程中 ,渗流作用力对开挖边坡的稳定性影响很大。并指出对高边坡进行稳定分析时 ,正确考虑渗流作用力的影响十分重要。     

基于动力与位移耦合的边坡稳定安全系数研究1）

为克服传统边坡稳定安全系数存在的缺陷,提出以基于动力与位移耦合的卸加载响应比作为新的稳定安全系数对边坡稳定性进行评价. 在分析传统的边坡稳定安全系数内涵及局限性的基础上,运用可靠性分析方法,提出以可靠度表达边坡安全程度的设想. 从损伤力学的视角由损伤变量推导求得卸加载响应比参数,通过分析论证了卸加载响应比作为可靠度的一种表达形式,可以定量描述边坡的安全程度. 并对卸加载响应比的实际应用及其优越性进行了分析,结果进一步表明卸加载响应比作为一种新的边坡稳定安全系数具有合理性、实用性和有效性.     

库岸再造对雅泸高速公路岗子上隧道进口岸坡的影响

雅泸高速公路青杠咀特大桥泸沽岸桥台与岗子上隧道进口衔接段位于大渡河右岸上部冰积扇上,由于瀑布沟水电站的蓄水将使岸坡前缘约1/4部分没于水下。对整个岸坡影响较大的岩土体主要是由上-中更新统冰积、冰水沉积层组成的冰水堆积物,这类岩土体在水的作用下,其物理力学性质和强度将会发生显著变化,弱化工程性状,从而影响岸坡的稳定性及桥台布置。可以预见,对岸坡起主要影响作用的外部条件就是水的作用,库岸再造将是影响岸坡稳定性的控制性因素。本文以岗子上隧道进口岸坡为研究对象,通过对岸坡工程地质条件、岩土体结构及物理力学特性、岸坡影响因素的分析,深入研究了瀑布沟电站水库蓄水后引起的库岸再造对岸坡稳定性的影响。并采用卡丘金法、两段法(多段法)、极限平衡分析法对库岸再造影响宽度进行预测。3种方法的预测结果表明:瀑布沟电站蓄水后该段岸坡各个不同部位均会产生不同程度的塌岸破坏。根据该库岸岸坡的结构特点和3种方法的适用条件,提出对库岸岸坡不同梯段需要采用不同的预测方法综合预测,即对于水下岸坡可按两段法预测,而对于水上岸坡可综合考虑卡丘金法和极限平衡法的计算结果。对于类似库岸岸坡的稳定性分析具有一定的指导意义。     

厦门沪救码头附近海底滑坡特征及机理

根据多种勘察手段的识别,查明厦门沪救码头附近海底地形等值线明显扭曲;码头南侧外块石与淤泥互为翻转;滑体后方淤泥可见到蜂窝状孔隙;北码头一带不连续分布有新近沉积的灰黄色淤泥且沿海岸;另外地震映像也出现绕射波相对严重等现象。本文结合地形、地层、海洋水动力条件等因素,对滑动机理进行综合分析;在不考虑海浪、地震作用下,对水下坡体采用极限平衡理论方法、后壁岸坡选择圆弧条分法进行不同的稳定性评价。研究得出:该海底滑坡形成是自然地质、人为活动和重力、海洋动力共同作用以及地层因素的综合结果。     

海底管道的弹塑性稳定性和屈曲传播

本文根据我国南海海底输油气铺管的要求系统分析了海底管道在弯曲与外水压力共同作用下的弹塑性稳定性和屈曲传播.研究了管道的极值型屈曲和分枝型屈曲.在考虑管道的初始非圆度和材料的物理非线性的情况下提出了临界屈曲载荷的计算方法.综述和评论了屈曲传播现象的本质和各种计算方法.介绍了我们所进行的全尺寸管道实验.在分析理论结果时与现行的有关设计规程进行了比较和评论.     

Improvements to a smooth particle hydrodynamics simulator for investigating submarine landslide generated waves

Submarine landslides can exhibit complex rheologies, including a finite yield stress and shear thinning, yet are often simulated numerically using a Newtonian fluid rheology and simplistic boundary conditions. Here we present improvements made to a Smoothed Particle Hydrodynamics simulator to allow the accurate simulation of submarine landslide generated waves. The improvements include the addition of Bingham and Herschel-Bulkley rheologies, which better simulate the behavior of submarine mudflows. The interaction between the base of the slide and the slope is represented more accurately through the use of a viscous stress boundary condition. This condition treats the interface between the seafloor and the slide as a fluid boundary layer with a user-defined viscosity and length scale. Modifications to the pressure and density calculations are described that improve their stability for landslide generated wave scenarios. An option for pressure decomposition is introduced to prevent particle locking under high pressure. This facilitates the application of this simulator to landslide scenarios beneath significant water depths. Additional modifications to the reaveraging and renormalization routines improve the stability of the free surface and fluid density. We present the mathematical formulations of these improvements alongside commentary on their performance and applicability to landslide generated wave modeling. The modifications are verified against analytical fluid flow solutions and a wave generation experiment.     

边坡岩体块体稳定性分析系统的开发与研究

提出了复杂形态块体几何建模的“切割法”, 在此基础上, 对石根华等人提出的块体理论作了改进和完善。并基于Windows操作平台, 开发了一套实用方便、实用的“边坡岩体块体稳定性分析系统”。经大量的实例 (例如三峡工程船闸高边坡 )检验结果表明, 该系统可以作为对边坡中复杂形状块体稳定性进行现场快速评价的实用工具。     

自由面对潜艇尾流场流动特性影响研究

潜艇周围绕流场流动特性会影响潜艇的机动性能, 特别是近水面航行时, 自由面的存在会增大潜艇尾流场的复杂程度.为探究潜艇在近水面航行时自由液面对潜艇尾流场流动特性的影响机理,借助大型水下三维粒子图像测速技术开展潜艇尾流场流动特性研究.首先通过美国泰勒水池标准模型实验结果对试验方法准确性进行验证; 随后,用验证后的模型试验方法对潜艇尾流场进行测量,得到不同潜深工况、不同速度下的桨盘面轴向速度以及脉动速度,同时辅以数值模拟对试验无法测得的兴波波系及中纵剖面速度场加以补充,从兴波角度阐述了自由面对潜艇尾流场流动特性影响机理. 研究结果表明:潜艇在近水面航行时, 随着Fr增大,桨盘面处轴向速度云图中上方等值线整体趋于扁平化, 较4D潜深工况,1.5D潜深工况出现局部脉动速度极大值, 且脉动速度结构整体下移; 自由面存在时,艇体与自由面间流场速度明显增大, 特别在桨盘面区域, 流场速度明显提升.随着Fr增大, 桨盘面处的自由液面高度逐渐降低,这就导致了桨盘面位置出现更大的流体速度, 即造成了桨盘面伴流场挤压现象.      

山区公路开挖边坡的稳定性研究及其工程治理──以大甘坪路堑边坡为例

针对山区修筑公路常遇开挖自然斜坡坡脚而诱发边坡失稳的情况,以大甘坪路堑边坡为例,对大甘坪粘土进行卸荷路径下的三轴试验,以获得边坡稳定分析的计算参数。对边坡开挖作非线性有限元分析,探讨边坡塑性区形态和确定滑移面位置。现场监测边坡在渗流期的地下水位变化,采用极限平衡法计算边坡的安全系数,并对其稳定性进行评价。根据有限元分析结果,提出了利用抗滑挡土墙支挡和树枝笼排水沟构成排水系统的边坡治理方法。     

岩质边坡稳定性及预应力锚固分析现状

本文首先对目前常用的各类边坡稳定性分析方法的主要特点进行了评述,包括定性方法类的历史分析法、工程地质类比法、图解法、专家系统法,定量分析方法类的确定性模型法,如极限平衡法,应力应变分析法;非确定性模型法,如可靠性分析法、灰色系统理论法及模糊综合评判法等;及两类方法结合而成的随机有限元法。其次,对预应力锚固边坡的设计及稳定性分析作了阐述。     

青藏铁路多年冻土区沼泽化斜坡路基稳定性分析

青藏铁路多年冻土斜坡段路基稳定性对铁路长期运营具有潜在的威胁,分析评价当前和未来斜坡路基稳定性可指导路基工程的正确设计和施工,从而保证铁路的安全运营。多年冻土地温变化使斜坡路基稳定性分析不同于普通土路基,其冻融交界面位置是制约斜坡路基稳定性的关键所在。通过对安多试验段3a来的地温监测,分析路基地温变化规律,并预测了未来50a内试验段地温的变化趋势,建立了当前和未来条件下的斜坡路基稳定性模型,计算分析了斜坡路基的稳定性。通过上述研究,取得以下认识和结论:(1)铁路路堤的填筑,引起多年冻土温度场重分布;由于坡向不对称和几何不对称,使得地温场存在不对称;(2)依据冻融界面位置和活动层的地温特征将冻土路基划分为4个不同时期,即冬季严寒期(1~2月)、春夏融化活动期(3~8月)、最大融深期(9~10月)及回冻活动期(11~12月);通过计算对比分析,每年最大融深期的稳定性系数最小;(3)数值分析的预测结果表明,20a以后,安多段试验段路基的多年冻土完全退化,在所预测的第10年最大融深期稳定性系数最小。     

基于有限差分强度折减法的略阳电厂边坡稳定性分析

将强度折减理论应用于边坡稳定性分析中,借助FLAC/SLOPE有限差分分析程序,选择弹塑性Mohr-Coulomb模型及其破坏准则,以大唐略阳电厂边坡作为工程实例,分析了该边坡的稳定性,并与传统的Bishop法、Janbu法等方法计算所得边坡稳定系数进行了对比分析。结果表明,有限差分强度折减法能更加真实地反映边坡的实际情况,求得的边坡稳定系数更接近边坡的实际稳定状态,显示出其在边坡稳定性分析中的一定优势。