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。     

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.     

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。     

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。     

基于弹性理论的顺层边坡失稳破坏力学模型分析

在分析顺层边坡受力状况的基础上,当边坡的坡脚未被破坏时,将顺层边坡视为弹性地基上的悬臂梁,由此提出其失稳破坏的力学模型。应用弹性理论求出在力作用下悬臂梁的应力状态,并根据摩尔-库伦准则,导出可判定其稳定性的安全系数计算公式,得出了顺层边坡处于极限平衡状态极限长度。同时通过实例计算,将文中方法与应用突变理论所得结果对比,验证了本文方法的可行性。     

强震作用下土质高边坡的可靠度分析

强震作用下的高边坡失稳可造成严重的人员及经济损失.但由于地震活动的不确定性、边坡力学性质的不确定性、以及计算模型误差等因素的存在,强震作用下高边坡的稳定性很难准确预测.本论文将对强震作用下土质高边坡稳定性评价中的各类不确定性因素进行分析,将不确定性因素模拟成随机变量.采用动力有限元时程分析结合极限平衡法计算不同强震作用下边坡的安全系数,利用可靠度理论研究强震作用下土质高边坡的失效概率,为强震作用下高边坡的安全系数取值提供依据.在相同地震条件下,对不确定性因素土质力学参数c、φ值变异系数进行组合,研究表明φ是强震作用下影响边坡可靠度分析的关键不确定性因素.     

雾化雨诱发岩质边坡失稳的机理

文中谈到雾化雨及其诱发边坡失稳的过程，并模拟分析了边坡失稳的机理。     

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。     

均布压力作用下圆弧双铰拱对称和反对称失稳的折迭突变和尖点突变模型

建立了径向均布压力作用下圆弧双铰拱正对称失稳和反对称失稳的折迭和尖点突变模型，模型可以很好地描述这两个失稳过程的各种性态，求解拱失稳时的临界荷载，给出拱屈曲后路径与荷载的初步关系。     

爆破振动作用下含软弱夹层边坡稳定性及安全判据

运用FLAC3D软件建立了顺层台阶边坡数值模型，首先分析爆破振动作用下边坡的振速响应规律，然后通过边坡的位移、剪应变增量分析其稳定性，最后根据边坡稳定性判据，制定爆破振速安全阈值。研究表明，随着爆心距的增大，振速传播规律为近处衰减快、远处衰减慢，坡面存在高程放大效应，临空面中由于软弱夹层的阻隔影响，使得坡脚的振速最大；边坡的变形破坏受软弱夹层控制，其上覆岩体为潜在滑体，破裂面可以根据水平位移云图和塑性区分布图综合确定；边坡的破坏是一个渐进性的累积过程，位移和剪应变的累积会导致岩体的力学参数不断弱化，爆破振动劣化作用后仍有较大安全储备的边坡只会累积产生永久位移，而接近极限平衡状态的边坡将会失稳；当岩层倾角为15°~23°时，边坡振速安全阀值为21 cm/s；当软弱夹层剪出口距离坡顶高度为14 m，倾角分别为24°、29°、31°、34°时，安全阀值分别为10、8、6、5 cm/s。     

龙滩水电站左岸边坡工程地质研究及蠕变体B区岩体质量评价

蠕变体B区边坡位于龙滩水库上游侧,是典型的层状反倾岩质边坡。由于风化卸荷以及其他综合营力的作用,边坡已发生了明显的折断错滑变形,因而其稳定性受到极大关注。本文的目的是在研究边坡构造特征的基础上,从岩体质量的角度认识蠕变体B区边坡的稳定性,为进一步边坡定量、定性分析提供科学依据。同时本文还对现有的岩体质量评价方法进行了讨论,并提出了动态岩体质量评价方法的概念。     

龙滩水电站蠕变体B区折断面及折断错滑面成因分 析

通过对广西龙滩水电站左岸边坡蠕变体B区折断面和折断错滑面地质特征,变形特征,滑带充填物特征以及力学参数研究,结合监测,岩体风化以及构造特征、表层岩土体滑移-牵引等特征分析,认为折断面和折断错滑面的形成主要是由于边坡岩性以及河水侵蚀等作用下,岩体的风化差异所造成的,而且在目前有效的工程处理下,由监测资料可知,边坡变形波动较大,变形量值小,没有明显的滑移趋势,稳定性较可靠。     

北京市戒台寺滑坡发生发展机理研究

戒台寺滑坡位于北京市门头沟区马鞍山的北麓,马鞍山背斜的北翼,组成边坡的岩性较为软弱。由于多期构造运动的影响,岩体中裂隙发育,岩体结构破碎,风化卸荷严重。边坡为顺倾结构,边坡中顺倾坡外的软弱夹层、软弱结构面及断层发育,它们分别为边坡的滑动提供了滑动面和切割面的作用。由于边坡中岩层倾角大于边坡的坡度,因此并没有剪出的临空面,只是一个受特定边坡结构控制的蠕变体。但是近年来在胜利煤矿和石厂煤矿的大规模采掘Ⅳ级平台山梁下煤层影响下,形成采空移动盆地,造成Ⅳ级平台山梁整体塌陷,客观上为蠕变体提供了变形空间,引起戒台寺SN向山梁Ⅰ～Ⅲ级平台坡体依附于断层破碎带或软弱夹层的松弛,导致各块坡体沿软弱结构面向临空产生蠕动和滑动。采石场大药量爆破的地震波的频繁作用影响,使坡体内的构造结构面扩展松弛张开,表水易于下渗,岩体强度及变形特性显著降低,斜坡稳定性对降雨入渗的敏感性显著提高,最终导致了蠕变体变形的加速。     

冲击扰动下泥页岩块剪切蠕变损伤特性研究

矿体爆破是大多数露天矿山开采作业中的必要环节,然而持续爆破作业产生的冲击扰动作用会降低露天边坡的长期稳定性,甚至促使滑坡灾害的发生。为研究冲击扰动效应对边坡岩体蠕变特性的影响,以露天石灰石矿山二叠系软弱夹层中的炭质泥页岩为研究对象,利用自主研发的岩石冲击-剪切蠕变试验系统开展了不同冲击能量扰动下的剪切蠕变试验。试验结果表明：（1）冲击扰动对软岩剪切蠕变破坏具有明显的促进作用,随着冲击扰动能量的增加,软岩进入加速蠕变历时缩短,蠕变破坏总时长与剪切蠕变破坏强度亦随之降低。（2）冲击能量可改变泥页岩剪切破坏面的发育特征,冲击扰动能量越大,剪切面裂隙发育越充分且岩样结构形态越破碎。（3）岩样总体变形量与冲击能量呈正相关关系,随着冲击能量的增加,其造成的总变形中塑性永久变形占比越大而弹性变形占比约小,当冲击能量为7.09J时两次冲击后的塑形永久变形占比均不小于73.1%。根据试验结果,引入基于冲击能量的损伤因子D,建立了考虑冲击扰动效应的软岩剪切蠕变损伤模型。采用BFGS算法和1stOpt通用全局优化数学软件进行了模型参数辨识,采用损伤模型对试验结果进行拟合后发现,所建立模型能够较好地描述冲击扰动下泥页岩剪切蠕变变形的全过程,可为爆破扰动效应下的矿山边坡长期稳定性研究提供一定的理论基础。     

红层泥岩水岩作用特征研究

红层是红色陆相沉积为主的碎屑沉积岩层,岩性以砂岩、泥岩、粉砂岩和页岩为主。该类岩层多为软岩与硬岩相间,呈互层状产出,层间结合力弱。受区域构造影响,岩层扭曲褶皱强烈,多中高倾角,结构面发育,有泥化现象。红层中的泥岩具有透水性弱、亲水性强,遇水易软化、塑变,抗风化能力弱,易崩解等特性。特别是遇水后岩体及结构面抗剪强度大幅度降低,并且具有遇水膨胀、失水收缩的工程特性。水岩作用对边坡的影响主要有,结构面遇水泥化导致楔形体失稳,泥岩塑性变形引起边坡蠕变,同时红层还具有很强的崩解性,边坡开挖后发生崩解等现象。     

220kV盐津变电所北部边坡变形机制分析

该填土边坡位于云南省盐津县,场地岩土层主要由人工填土、耕植土和粉质粘土等第四系松散堆积层,以及全-强风化泥岩和中-微风化细砂岩等下伏基岩组成。全-强风化泥岩呈紫红色,岩质软弱,具有遇水软化成泥且强度迅速降低的特点。经过2d的强降雨之后,该填土边坡开始蠕滑变形,从地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件等场地条件和人类活动等方面对边坡的变形机制进行了分析。结果表明:边坡变形特征是一种推移式蠕滑变形,场地平整填方加载是造成边坡变形的诱发因素,不良的地形地貌、地质结构和地下水条件是导致边坡蠕滑变形的内在因素。     

岩石含水蠕变损伤模型的开发与应用

摘要：为研究岩石含水率对蠕变的影响，将含水开关与蠕变损伤阀值引入蠕变模型，实现了含水劣化与蠕变损伤在本构关系上的耦合，建立了岩石含水蠕变损伤模型。模型与某软岩的三轴压缩蠕变试验结果取得了较好的拟合效果，并由麦夸特法+通用全局优化（LM-UGO）算法反演出了模型参数随岩石含水率的变化规律。在C++语言和FLAC3D中Fish语言的环境下，通过推导模型本构方程的三维差分形式，并利用FLAC3D所提供的接口实现了模型的二次开发。通过对开发的岩石含水蠕变损伤模型进行算例验证和分析，验证了模型的可靠性，也得出了软岩巷道蠕变变形随围岩含水率增大而增加的结论，进一步反映出蠕变模拟计算中考虑岩石含水率的必要性。     

基于饱依丁-汤姆逊模型的软岩损伤蠕变模型

为更加准确地描述深部软岩的蠕变全过程,以饱依丁-汤姆逊模型为基础,将损伤变量引入到蠕变方程中,并构造了可描述加速蠕变阶段的模型元件,通过串联得到了新的蠕变模型。结果表明:该模型能够较好地描述软岩的衰减蠕变、稳态蠕变、加速蠕变阶段。用该模型对泥质页岩的蠕变试验结果进行数据拟合对比,结果显示该模型的拟合曲线与实验曲线基本吻合,拟合度为0.99733,能够很好地反映出软岩蠕变的特性,适合用于描述深部软岩的蠕变行为。     

基于Burgers模型考虑损伤的岩石蠕变全过程研究

岩石蠕变是一个显著的非线性问题，而经典的Burgers 模型是一种线性蠕变模型，必然不能全面地描述岩石蠕变的全过程．当岩石处于高应力水平下的加速蠕变阶段，岩石内部损伤会不断产生和累积，蠕变呈现出明显的非线性特征．为了更好地描述考虑损伤的岩石蠕变全过程，本文假定加速蠕变阶段的损伤演化方程，将损伤引入到Burgers 模型中，提出了一种非线性蠕变损伤模型．然后以乔后盐矿试件蠕变实测数据为分析案例，验证模型在应用于实际工程时的准确性和适用性．最后根据Origin 软件数值拟合的结果，表明本文所提出的非线性蠕变损伤模型能很好地描述岩石蠕变全过程，模型参数取值也在合理范围之内，模型拟合曲线与实验所得数据具有较好的一致性．     

基于压缩蠕变试验的流变参数理论解析反演

大坝坝基的长期稳定性是大坝运营安全的重要保障, 而坝基岩体中的软弱夹层是影响其变形和稳定的重要因素. 为研究大岗山水电站坝基中辉绿岩脉软弱夹层在长期载荷作用下的变形机制, 在坝基边坡的试验平硐内垂直于软弱夹层进行了现场大型圆形刚性承压板压缩蠕变试验. 辨识得到可较准确表示其蠕变特性的5参量广义Kelvin模型, 克服了3 参量广义Kelvin模型收敛过快的缺陷. 基于弹性力学中的布辛涅斯克问题, 通过黏弹性理论中的拉普拉斯变换及逆变换, 推导出了刚性承压板下部岩体的5参量广义Kelvin模型表示的黏弹性变形公式, 并以此为基础反演得到流变参数.