下击暴流作用下双坡屋面建筑风荷载分布特性研究

采用RNG k-ε湍流模型模拟下击暴流场,在与已有建筑下击暴流场试验数据进行对比验证的基础上,模拟分析了下击暴流对双坡屋面建筑的风压作用;侧重考虑了建筑处于下击暴流径向最大风速位置(r/D_0=1.0)处,风向与坡角变化及有无挑檐对风压分布的影响。分析结果表明:风向与坡角的变化对表面风压有显著影响,坡角变化时,屋面风荷载体型系数最大增幅达到152.2%;随风向角增大,迎风面总体风荷载体型系数呈显著减小趋势,而背风面的负压绝对值则有较大提高,其系数变化幅度达到120.7%;因风向变化,侧风面风荷载体型系数出现261.4%的增幅;有无挑檐对建筑表面风压也产生影响,但主要表现在迎风面近挑檐区域的风压发生较大改变。     

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。     

基于碰撞模型的斜坡滚石颗粒速度预测

滑坡滚石灾害是西部山区常见的地质灾害类型,具有突发性和随机性强的特点,是山区地质灾害预测和防治工作的重点和难点. 本文基于颗粒接触理论,考虑影响斜坡滚石碰撞过程中的随机因素,建立了用于预测斜坡滚石颗粒碰撞后速度的理论模型. 根据冲量及冲量矩定理建立滚石颗粒碰撞基本方程,得到斜坡滚石颗粒碰撞后反弹速度的解析解. 结果表明:斜坡滚石碰撞后反弹速度的解析解包含了坡角、坡体上被碰颗粒速度以及角度、入射速度和角度以及撞击角度等随机因素;当考虑入射滚石颗粒与坡体上被碰颗粒的撞击角度变化时,模型预测结果与试验结果吻合较好;本文进一步预测了滚石颗粒碰撞后颗粒反弹线速度和角度以及反弹旋转角速度的概率分布情况. 结果显示,反弹颗粒速度和角度以及反弹旋转角速度的概率分布均服从高斯分布;当坡体上被碰颗粒速度和坡角发生变化时,其对反弹颗粒速度和角度以及反弹旋转角速度概率分布定性上没有影响,但是对概率分布的中心参数有显著影响.      

基于碰撞模型的斜坡滚石颗粒速度预测

滑坡滚石灾害是西部山区常见的地质灾害类型,具有突发性和随机性强的特点,是山区地质灾害预测和防治工作的重点和难点.本文基于颗粒接触理论,考虑影响斜坡滚石碰撞过程中的随机因素,建立了用于预测斜坡滚石颗粒碰撞后速度的理论模型.根据冲量及冲量矩定理建立滚石颗粒碰撞基本方程,得到斜坡滚石颗粒碰撞后反弹速度的解析解.结果表明:斜坡滚石碰撞后反弹速度的解析解包含了坡角、坡体上被碰颗粒速度以及角度、入射速度和角度以及撞击角度等随机因素;当考虑入射滚石颗粒与坡体上被碰颗粒的撞击角度变化时,模型预测结果与试验结果吻合较好;本文进一步预测了滚石颗粒碰撞后颗粒反弹线速度和角度以及反弹旋转角速度的概率分布情况.结果显示,反弹颗粒速度和角度以及反弹旋转角速度的概率分布均服从高斯分布;当坡体上被碰颗粒速度和坡角发生变化时,其对反弹颗粒速度和角度以及反弹旋转角速度概率分布定性上没有影响,但是对概率分布的中心参数有显著影响.     

隧道洞口段非均质及各向异性土质裂缝仰坡稳定性上限解

针对忽略岩土体非均质和各向异性将导致边坡稳定性评价产生误差的问题,应用极限分析上限理论及抗剪强度系数折减法,推导土体强度非均质和各向异性影响下隧道洞口含裂缝仰坡稳定性解析式,探究土体强度非均质和各向异性对仰坡稳定性系数、坡顶裂缝位置、隧道拱顶失稳范围及仰坡安全系数的影响。结果表明,裂缝深度及坡角越大,仰坡稳定性系数越小;非均质系数越大和各向异性系数越小,维持仰坡稳定的临界坡高越大;非均质系数及各向异性系数越大,裂缝距坡顶边缘越远,隧道拱顶失稳范围越大;非均质系数增大有利于仰坡稳定,而各向异性系数越大仰坡越易失稳。     

重力侵蚀作用下昔格达地层滑坡特征分析

昔格达地层性质特殊,强度低,遇水极易崩解,在地质构造与水力作用下,极易发生滑塌。在调查研究的基础上,介绍了文武坡喇嘛溪沟重力侵蚀作用下昔格达地层滑坡的地层岩性、地质构造等工程地质条件及地表水、地下水等水文地质条件,重点分析了滑坡形成原因及影响因素,认为滑坡发生的易发斜坡坡度、坡角与高度,并按坡度对斜坡按危险性分成了3级,得出了滑坡易发坡度,为滑坡稳定性评价提供了依据,最后提出了适合于地质条件的填方反压结合排水沟的整治措施。     

低层四坡屋面房屋风载体型系数的分析与实用计算

利用数值模拟和风洞模型试验,获得了低层四坡屋面房屋在不同风向角下的屋面风载体型系数的实用计算公式。首先对缩尺比为1∶20的四坡屋面房屋模型(足尺为平面7.5 m×15 m,檐口高度9.6 m,挑檐长度1.5m)进行了风洞试验,再通过改变体型参数对5种屋面坡角、5种房屋高宽比和长宽比情况的屋面风压进行了数值模拟。通过对数值模拟和试验结果的分析发现,屋面坡角及房屋高宽比是影响屋面风荷载的主要因素。据此提出了屋面各分区风载体型系数的实用计算公式,并给出了计算实例,将计算结果与试验结果作了比较。结果表明,该实用公式简便准确,可直接供四坡屋面房屋抗风设计参考和应用。     

基于CFD方法的高墩大跨箱梁桥静风力系数参数影响研究

基于计算流体力学(CFD)对某连续刚构桥主梁不同截面、不同工况下的风场特征进行了数值仿真分析,研究了梁高、风攻角、桥梁横坡等参数对桥梁主梁截面静力三分力系数(阻力系数、升力系数、扭矩系数)的影响,并结合气动流场特征分析了不同截面及攻角下的压强和速度分布。研究结果表明:梁截面高度、风攻角、截面横坡均对桥梁静力三分力系数有较大影响,但三者对三分力系数影响的侧重点不同:梁截面高度对阻力系数影响最大,变化幅度达0.494;攻角对升力系数影响最大,变化幅度达0.382;截面横坡主要体现对阻力系数的影响,变化幅度为0.17。静力三分力系数对梁体截面的形状及尺寸变化较敏感,梁体截面左右侧迎风时,阻力系数相差0.04~0.21,升力系数相差0.009~0.2,扭矩系数相差0~0.07;梁高越大,截面钝体特征越明显,周围的流场分布越复杂。     

水平应力对顶板跨落角的影响及应用

为得到水平应力对顶板垮落角的影响,进而确定高位抽采钻孔布孔参数,采用理论分析及相似材料模拟实验的方法进行了研究。首先依据基本顶断裂位置围岩结构力学模型,将顶板岩层假设为梁结构,得到单一岩梁在不同水平应力作用下的断裂线位置变化规律。然后将各岩梁的断裂线位置叠加组合,得到水平应力对垮落角发育的影响。为验证理论分析结果,以水平应力值为影响因素设计了三组不同水平应力值条件下的双向加载相似材料模拟实验,得到了不同水平应力值对应的垮落角。研究结果表明:顶板垮落角由各岩梁断裂线位置决定。地基系数较小时,断裂线与地基初始接触位置距离随水平应力的增加表现为先减小后增加,垮落角变化规律同样为先减小后增加,但减小不明显;当地基系数增加时,随水平应力增加,断裂线与地基初始接触位置的距离减小趋势逐渐消除,仅表现为增加趋势,垮落角变化同样表现为增加趋势。现场应用表明,采用双向加载模型得到的垮落角对钻孔布置参数进行优化,优化后钻场抽采浓度及高浓度抽采时间均得到提高。     

洪水作用下土石坝系统结构图仿真与渗流稳定性分析

为了研究土石坝在洪水作用下的渗流稳定性,依托实际水库工程,以土石坝的坝体为主体,重点考虑洪水、水库、泄洪洞模型输入输出的约束关系,建立了该土石坝洪水过程的结构图仿真模型,并计算得到了在典型洪水过程中水库水位变化曲线;在此基础上采用有限元法,考虑非饱和区的影响,对土石坝非稳定渗流场进行了模拟;利用暂态渗流场计算结果,运用Morgenstern-Price法计算分析了土石坝上、下游坝坡的稳定性。结果表明:上、下游坝坡的稳定系数变化趋势与库水位一致,即坝坡稳定系数随库水位的上升而增大,随库水位的下降而减小。库水位变化的结构图仿真、渗流计算、稳定系数计算构建了较为完整的解决方案,为洪水作用下的土石坝渗流稳定性分析提供了新的手段。     

井工开采对露天矿高边坡稳定性影响的研究

以山西平朔安太堡矿露井联合开采为例,通过数值模拟及现场位移监测资料对比分析,探讨了露天矿高边坡在顺坡、逆坡及侧向切坡开采3种情况下的复合应力场和位移场的分布特征及规律。研究表明,边坡内井工开采不利于边坡稳定性,但由于工作面推进方向不同,边坡受采动影响部位的顺序不同,因而对边坡稳定性的影响存在一定的差异。逆坡开采时,随着工作面向坡内推进,边坡前、后期表现出两种完全不同类型的变形位移,前期以倾倒型崩塌破坏为主,后期稳定性有所增强; 顺坡开采时,边坡保安煤柱宽度不断减小,在侧向偏压作用下,边坡将产生沿软弱结构面的推动式剪切滑动; 边坡下切坡开采时,边坡除发生沿软弱结构面的推动式剪切滑动外,还可能发生后缘沿采空裂隙、下部沿软弱层面的张拉滑动变形。
     

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。     

落地四坡房屋表面风致雪漂移效应分析

为了获得落地四坡房屋表面积雪分布规律,根据风雪运动机理选取适当的雪粒粒径、积雪密度、沉降速度等条件,考虑积雪侵蚀沉积等影响因素,基于Euler-Euler多相流理论,使用FLUENT软件Mixture多相流模型模拟了立方体周围积雪及高低屋盖模型表面积雪分布,并与实测进行了比较,确定了湍流物理方程、数值风洞尺寸、细部网格及数量、壁面条件等各计算参数设置。以风速、风向角为参数,模拟落地四坡房屋屋面积雪分布得出:随着风速增加,屋面积雪量不断减少,15m/s风速下屋面积雪呈完全侵蚀状态,低风速下屋面积雪更多;屋面各区域积雪漂移随着风向角的改变不断改变,总体表现为侵蚀状态沉积区域较少;在5m/s风速下落地四坡房屋的迎风面各区域积雪分布系数在0.5以下,迎风屋顶各区域积雪分布系数基本为0,背风屋顶各区域积雪分布系数变化幅度高达0.8,背风面各区域积雪分布系数整体保持在0.9附近。得到了5m/s风速下区域积雪分布系数表,可为该类房屋的设计使用提供理论依据。     

地震滑坡启程剧动的机理研究及离散元模拟

论证并探讨了地震动诱发滑坡体启程剧动的机理。研究认为, 地震动对滑坡形成的影响, 主要是通过坡体波动振荡来产生; 坡体波动振荡在斜坡岩土体变形破坏过程中产生三种效应: 累进破坏效应、启动效应和启程加速效应; 并以骆驼岭滑坡为例, 采用离散元对斜坡在地震作用下的变形破坏过程进行数值模拟分析, 得出了一些既有理论研究意义, 又有实际应用价值的论断。     

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。     

公路边坡岩体分级中坡高修正系数的改进

坡高与边坡稳定性有密切关系。CSMR分级体系在SMR的基础之上针对水电边坡工程引入了坡高修正系数 ,但在公路边坡分级实践中发现 ,该坡高修正系数仍有待于改进。对各类边坡可能失稳形式的力学分析 ,证明坡高修正系数 ξ可近似表示为ξ =a+b/H 的形式。通过对 1 0 0余个边坡样本统计分析 ,得出两种不同岩层、坡面产状组合形式下坡高修正系数的数学表达式。经检验 ,改进后的CSMR体系能够满足公路边坡稳定性初步评价的要求。     

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。     

巫山县望霞乡桐心村危岩体变形破坏机制分析

本文通过详细调查危岩体所处斜坡变形现象发现,斜坡下部有约1m厚煤层被开采,斜坡上有塌陷和岩体开裂两种变形现象,两种变形均在继续发展;且这两者均与煤层开采有较大关联。工程地质类比法认为采煤引起的沉陷-掀斜变形机制对地表变形起主导作用。采用UDEC数值模拟表明,煤层开采后,位移变形由下向上传递。地表沉陷量向临空面增加,水平位移量也向临空面增加。上部坡体变形受垂直裂隙控制,下部坡体变形受水平层面和煤层控制;整体形成沉陷-掀斜。计算变形曲线显示变形有两个阶段,突破式跳跃变形阶段和缓慢变形阶段;如果没有新的开采活动,随着时间的推移山体最终会自行稳定下来。临空面的孤立危岩体在斜坡系统平衡后仍有较大速率,其稳定性较差,建议对其进行清除。     

低层房屋风压分布特性的模拟与分析

基于Reynolds时均N—S方程和标准κ-ε双方程封闭模型，对一类带挑檐的低层双坡屋面房屋在不同风向角下的表面风压进行了敷值模拟，模拟结果与风洞试验结果作了比较。在此基础上，根据模拟结果对房屋各表面及挑檐处的风压分布特性和规律进行了分析和计算，获得了不同风向角下各表面的风载体型系数，为该类房屋的工程抗风设计提供了依据。     

正交双加速度计两种安装位置在重力场中的标定方法

为了提高加速度计在1g重力场中的标定精度,分度头的角位置误差应非常小或将它有效地分离。提出了一种将正交双加速度计在分度头上,进行两种安装位置组合测试的方法。推导了加速度计误差模型系数的标定误差与分度头角位置误差成分的关系,设计了两种安装位置组合测试方法,从加速度计的输出中可分离分度头的角位置误差,提高加速度计误差模型系数的辨识精度,对试验数据进行误差分析后验证了该方法的正确性。