最佳边坡形状的力学分析及应用研究

 基于弹性力学和热力学的基本理论，分析了最佳边坡形状和合 理边坡角的计算方法, 并得出最佳边坡形状方程. 实例应用表明，计 算结果与边坡实际基本一致，说明该方法确定边坡的最佳形状和合理 边坡角是可行的、有效的，该方法适用于边坡设计和边坡稳定性研究.     

临界滑动场技术在排土场边坡设计中的应用

边坡临界滑动场技术是近年发展起来的一种边坡稳定性分析方法。它能准确快速确定多层介质、多台阶边坡任意形状的临界滑动面,全面评价边坡整体和局部稳定性。文章首先应用临界滑动场技术对原设计15°坡角时的龙桥排土场边坡进行临界滑动面搜寻,确定边坡整体安全系数为1.42,证明原设计的15°坡角取值过于保守。然后再应用临界滑动场技术的扩展方法进行反向分析,在给定安全系数为1.30的条件下,求得最佳设计坡角为17°。研究成果为将来矿山的排土工作提供指导,具有一定的工程实用性。     

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。     

水布垭马崖高边坡岩体地下开挖三维数值模拟研究

清江水布垭水电站是清江上游拟建的一个特大型水电工程,马崖高边坡位于水布垭峡谷出口右侧,总体地质结构具上硬下软特征,电站导流洞及尾水洞将从马崖高陡边坡坡脚穿出,地下开挖主要在软岩层中。应用FINAL及ROCKY程序对水布垭马崖高陡边坡岩体地下开挖进行数值模拟,研究了边坡岩体内进行地下洞室开挖后边坡力学状态的改变及洞室岩体（含岩柱）的稳定性,基于削坡是水布垭马崖高陡边坡的重要整治措施之一,研究中进行了各种分步开挖工况下的削坡有效性定量研究,重要工况还同时进行了VI度地震作用下的动力作用分析。     

用离心模型试验研究花岗岩残积土边坡的破坏特性

推导了边坡坡体及锚固体的离心相似模型,得出了相关参数的相似比尺。通过试验得出了花岗岩风化残积土边坡可能以平面形式失稳也可能产生圆弧滑动,分析了含水量对破坏形式的影响。通过试验得出无控制性结构面的边坡的极限稳定高度与坡角的关系大致满足马斯洛夫方程。     

岩质边坡设计坡角和锚固方案的确定

本文运用赤平极射投影、块体理论和岩体力学的基本原理, 试探求一种可供边坡工程设计采用的确定人工岩质边坡最大安全设计坡角和锚固方案的简易方法。     

边坡可靠性与经济风险性分析及其应用

本文在边坡渐进破坏可靠性分析的基本原理和计算方法基础上 ,分析了影响边坡渐进破坏的主要因素 ,对白云鄂博铁矿的主矿边坡进行了二维渐进破坏可靠性计算 ;然后围绕边坡方案的可靠性分析结果 ,把经济决策理论引入边坡的经济分析中 ,结合边坡工程具体特点对边坡进行了投资—效益风险性分析。     

黄土填方高边坡变形破坏机制分析

本文依据西北某油田倒班基地黄土填方高陡边坡工程勘察, 研究了该边坡的变形破坏机制, 通过对边坡工程地质条件及变形破坏分析, 建立FLAC^3D地质模型, 采用数值模拟方法研究了边坡变形破坏机制。研究结果表明, 主要变形区或破坏区为陡坎周围至其沿坡面向下20～25m 的范围之间, 其破坏深度底界为全新世填土层Q4与原状黄土Q3接触面, 但要重点控制沿坡面向下20～25m 的范围之间的变形。数值模拟结果表明, 该边坡目前整体稳定性较好, 不会发生整体变形破坏。     

碎裂结构边坡变形机理及治理对策研究

碎裂结构边坡稳定性受多组相交结构面控制,且受降雨、地震等多因素影响强烈,具有一定的特殊性。本文以某花岗岩碎裂结构边坡为例,在边坡的地质条件和岩体结构研究的基础上,结合施工及监测反馈信息,深入分析了边坡变形破坏模式,并根据稳定性计算结果,提出锚索、钢筋桩与排水相结合的支护方案。研究结果表明：坡体内部陡倾卸荷裂缝发育形成后缘切割面,中下部滑面追踪陡缓两组结构面发展;支护措施实施后,边坡经历“5•12”地震及雨季,多点位移计监测结果表明,地震和降雨对边坡稳定性影响较大,支护措施较好地控制了边坡变形。     

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。     

反倾岩质边坡变形特征的三维数值模拟研究——以龙滩水电站工程边坡为例进行三维变形特征分析

以龙滩水电站工程边坡三维变形为例,分析了层状反倾岩质边坡当边坡与岩层夹角变化时,边坡的变形特征。并通过数值模拟根据变形曲线对不同范围边坡与岩层走向夹角的变形特征进行了定性描述。     

浅埋偏压隧道出口变形机理及稳定性分析

以皖南某公路浅埋偏压隧道出口段高边坡为研究对象,提出了"零开挖进洞"的施工方案,并结合洞口的工程地质条件,采取必要的加固措施。通过对该边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC^3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡的变形首先以隧道内侧存在的软弱岩体(挤压错动带、断层)的不均匀压缩为先导,进而引起上部岩体产生由NE向陡缓结构面构成的阶梯状滑动,这将会使隧道构筑物及隧道外壁承受较大的压应力,当压应力超过隧道构筑物及外壁的极限强度时将产生破坏,从而诱发上部岩体产生更大规模的地质灾害。基于此,隧道进洞开挖前首先应对上部岩体进行加固处理,避免隧道构筑物及隧道外壁产生应力集中现象。     

MICROMECHANICAL MODELLING OF PHASE TRANSFORMATION BEHAVIOUR OF A TRANSITIONAL SOIL

Experiments show that silts and silty soils exhibit contraction followed by dilation during shearing and the slope of failure line decreases at large strains, termed as phase transformation behaviour. This paper is to develop a new micromechanical stress-strain model that accounts for the phase transformation behaviour by explicitly employing the phase transformation line and its related friction angles. The overall strain includes plastic sliding and plastic compression among grains. The internal-friction angle at the phase transformation state and the void state variable are employed to describe the phase transformation behaviour. The model is examined by simulating undrained and drained triaxial compression tests performed on Pitea silts. The local stress-strain behaviour for contact planes is also investigated.     

一端外伸梁对称弯曲弹性位移的置换法确定

置换法应用于求解一端外伸梁,在对称弯曲的条件下,根据直梁挠曲线所在平面内其与切线所成图形的边角几何关系,推导出求解该形梁的挠度和转角的置换法位移方程,其变量是相应的置换梁自由端的挠度、梁长、梁轴线位置坐标等. 对具体载荷梁的求解过程是：先以具体量值填充左、右置换梁自由端的挠度,再将其代入该置换法位移方程的统一表达式,即得到所求梁段的挠度、转角的方程全解. 所用的计算为代数方程的分式四则运算,只需挠曲线和叠加原理概念,无需积分,一般无需查挠度表,结果精确. 给出工程背景的算例.     

瓦屋山水电站厂房区红层岩体古滑坡稳定性研究

红层岩体以其岩体结构的软硬相间及软弱夹层发育而在边坡稳定方面表现为"易滑地层"。瓦屋山水电站厂房区边坡为顺向坡,砂岩类岩石与黏土岩类岩石呈缓倾、互层状(倾角10°~20°)产出。构造与表生改造作用下,在这两类软硬相间的岩石界面上常形成分布较为连续的软弱夹层,这类岩体较易沿软弱夹层产生顺层滑动。地质历史时期,瓦屋山厂房区就是在这样的地质背景下,形成了多个古滑坡体,如颜湾和庙子岩古滑坡,它们在自然状态下已基本稳定。随后因风化剥蚀等作用,古滑坡体形态被改变或被来自后缘斜坡的坡残积层所掩埋,使其在勘察期间难以被发现。庙子岩滑坡即是这样一个被掩埋的古滑坡体坡,施工开挖过程中,由于切脚及降雨作用,使其重新滑动复活。本文以反复剪试验得到的滑动面抗剪参数,采用边坡稳定极限分析能量法(Energy Method Upper Baond Limit Analysis),简称EMU法,对庙子岩古滑坡在各种工况下的稳定作了计算,并据其结果采取了相应的抗滑处理。本文可作为红层岩体地区该类型滑坡勘察和工程处理设计的参考。     

重庆市涪陵区厚层软硬相间岩体失稳模式

重庆市涪陵区厚层软硬相间公路高边坡的详细调查发现,不同的岩层产状,不同开挖方向其斜坡变形破坏模式不同。本文根据野外实例总结了不同岩层产状与开挖方向对应的破坏模式,平缓层状斜坡破坏方式有滑塌式崩塌、倾倒式崩塌和坠落式崩塌;中倾角层状斜坡破坏方式有顺层滑移和崩塌;高陡倾角层状斜坡坡破坏方式有滑移式崩塌和坠落式崩塌。表明斜坡变形破坏地质力学模式与斜坡岩体结构之间存在着密切的成生联系。通过对不同倾角的斜坡岩体破坏方式研究,可以达到系统评价预测斜坡稳定性的目的;通过公路开挖对不同产状岩层可能造成灾害的预期,可以采用不同的预防措施,避免大型灾害的发生。     

Visualization and analysis of wheel camber angle effect for slope traversability using an in-wheel camera

This paper visualizes and analyzes an effect of a wheel camber angle for the slope traversability in sandy terrain. An in-wheel camera developed in this work captures the wheel-soil contact phenomenon generated beneath the wheel through a transparent section of the wheel surface. The images taken by the camera are then analyzed using the particle image velocimetry. The soil flows with various wheel camber angles are analyzed with regard to the soil failure observed on the slope surface. The analysis reveals that the slope failure and soil accumulation in front of the wheel significantly affect the wheel forces and distributions of the wheel sinkage in the wheel width direction. Further, the side force of the wheel in traversing a slope decreases as the slip ratio increases because the shear stress in the slope downward direction decreases owing to the slope failure.     

Numerical modeling of gravity currents in inclined channels

The mixing and wave formation processes in gravity currents induced by the rupture of a vertical dam initially separating a heavy and a light liquid are studied for different channel inclination angles. The calculations are performed using the LES and RANS models. It is shown that when the heavy liquid moves down the channel slope, the longitudinal and transverse internal waves break and form turbulent mixing zones. When the heavy liquid ascends the slope, the wavy motion mode predominates.     

The load distribution among three legs on the wall: model predictions for cockroaches

In a former study on terrestrial locomotion of cockroaches in the sagittal plane, it was hypothesised that the ground reaction force distribution among three legs synchronously in contact with a substrate is predominantly explained by joint torque minimisation within all three legs. We verified this hypothesis with a simple mechanical model in two dimensions, consisting of one body and three mass-less legs. Hereto, we calculated force distributions resulting from different optimisation criteria for varying slope angles of the substrate. We compared these distributions to each other and the few experimental findings available. We found that, for any slope angle, the force distribution rather seems to be derived from the fundamental “table” solution, i.e. equalised vertical and vanishing horizontal components (equivalent to pure force minimisation at zero slope), than from pure torque minimisation. For cockroaches, the “table” solution is likely to be modified by torque minimisation within the leading and the trailing leg. We demonstrate that the minimisation of leg forces and of interaction forces is fully equivalent. Moreover, our model predicts the force distribution for arbitrary slope angles. Based on our model calculations, we speculate that in terrestrial locomotion, some animals may rely on spring-mass model dynamics whatever slope angle to be overcome. This might only become evident when focusing movement analyses strictly on a gravity rather than on a substrate-based coordinate system.     

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。