多层采空区条件下的高速公路路堑边坡稳定性数值分析

高速公路建设过程中常穿越各种矿山采空区,采空区对路堑边坡的稳定性产生较大的影响。基于有限差分分析的快速拉格朗算法FLAC^3D程序,由于具有强大的数值模拟分析功能,可以模拟多种结构形式的地质体,因而广泛应用于各种岩土工程问题。本文结合国家某重点交通项目,采用快速拉格朗算法FLAC^3D程序对多层采空区条件下的某路堑边坡稳定性进行了评价,主要包括开挖、注浆和锚固等工况下路堑边坡的应力和位移分析。分析结果表明,采空区经过处理后的路堑边坡是稳定的,FLAC^3D应用于多层采空区条件下的路堑边坡稳定性评价是可行的。     

三维数值流形方法研究及其在地学中的初步应用

伴随地震孕育、发生与震后调整过程的应力、应变问题在地震研究中占有重要地位.以GPS为代表的空间观测技术为大尺度地壳运动监测提供了高效、稳定、精确的测量结果,并为研究上述应力、应变问题提供了有效数据约束.GPS速度场和应变率场结果既可用于变形分析,又可作为数值模拟的有效约束和检验.为了获取研究区域可靠的应变率场结果,有必要开展GPS应变率场计算方法的对比研究.另一方面,由于在整个地震过程中应力、应变存在动态演化现象,因此需要研究适合于动态资料约束、大变形模拟、连续与非连续变形耦合的三维数值流形方法.基于上述分析,本文包括如下3个方面研究内容.     

辽宁首钢硼铁矿业有限公司露天采场边坡稳定性分析

针对辽宁首钢硼铁矿业有限公司露天采场开采深度大,边坡失稳滑塌问题日益突出的现状,通过工程钻探、大型剪切试验等手段得到各岩层属性参数,利用FLAC~(3D)软件对该边坡进行三维数值模拟,分析应力应变关系,得出变形较大及应力集中区域,通过与野外地质调绘确立的边坡破坏模型进行对比分析,验证本次数值模拟模型的可靠性,为边坡进一步治理提供依据。得出结论:辽宁首钢硼铁矿业有限公司露天采场边坡坡体尚未形成连贯破坏区,局部加固后可继续向下开采。     

大尺度BOTDR光纤应变灵敏特性研究

首先介绍了布里渊光时域反射计(BOTDR)应变测试仪的基本测试原理;并基于BOTDR光纤变形检出特性进行了试验研究,其中包括裸光纤在长度相同而空间分辨率和采样间隔不同时悬挂重物试验和等强度梁实验。通过试验,分析了当光纤长度相同而BOTDR所设参数不同(主要指空间分辨率和采样间隔)时对检测结构的影响,确定了裸光纤在应变监测中长度区间的选择。     

福州海峡国际会展中心钢桁架施工全过程数值模拟及监控

对某会展中心钢桁架的施工过程进行数值模拟分析和监控。针对制定的钢桁架施工方案,采用MIDAS/GEN软件进行施工全过程数值模拟分析,以确保方案的可行性;同时对施工过程钢桁架的变形和关键受力部位的应力进行监测,以保证结构在施工过程中的安全,并验证数值模拟的准确性。测试结果表明:本工程数值模拟准确,施工方案可行,卸载后结构处于安全状态。     

砂土液化大变形本构模型及在ABAQUS软件上的实现

基于Yang和E lgam al等人提出的砂土液化大变形本构模型,对该模型的建立过程进行了详细的推导,基于新的嵌套屈服面硬化规则,对原有模型的硬化规则的不连续性做了改进,把该本构模型扩展应用到三维液化大变形的数值分析中,实现了基于ABAQUS大型商用软件计算平台上砂土液化大变形的计算子程序的开发,基于该计算平台和开发的本构模型,对动三轴试验体系中砂土试样的液化过程进行了数值试验分析,给出了试验过程中试样的竖向动位移、整体竖向应力应变关系滞回曲线和动孔压时程曲线的数值计算结果。文中初步验证了该模型在ABAQUS上开发的子程序的可靠性和数值计算模型的可行性,模型的可靠性及其子程序的稳定性还需通过试验结果和数值计算结果的对比分析与进一步验证。     

基于FLAC3D数值模拟的清徐地裂缝与交城断裂成因关系研究

基于断裂力学理论,应用FLAC3D数值模拟方法对交城断裂活动时附近土体的变形特征进行模拟计算。计算结果表明:断层活动带动上覆土层差异沉降及应力场变化,当断层错动量达到一定程度,断层附近出现拉应力区,土体在拉张应力和自身重力作用下产生垂直差异形变,从而产生地裂缝。将数值模拟结果与方山探槽揭示的地裂缝剖面特征进行对比,二者结果相互印证,说明清徐地裂缝是交城断裂活动的结果,二者具有明显的对应关系,地裂缝为构造成因裂缝。数值模拟结果为研究断裂和地裂缝成因关系提供了佐证。     

动荷载作用下基坑支护结构动力响应研究

应用Midas/GTS数值分析软件对车辆动荷载作用下基坑支护体系的动力响应进行了模拟分析。通过调整车速和车辆行驶位置系统地分析了不同车速行驶动荷载作用下基坑支护结构的内力及位移变化情况。研究发现,基坑桩锚支护体系中锚杆轴力随车速提升呈先增大后减小的规律,支护桩整体结构在车速动荷载影响下与锚杆轴力呈相同变化趋势,汽车在一定行驶速度范围内,随着车速的提升支护桩位移逐渐增大,达到波动峰值后位移变小;车辆距离基坑边线的行驶位置与桩锚支护结构受力变化呈非线性关系,距离越近影响变化越明显。结合具体工程实例,通过对现场监测数据分析并与数值模拟结果进行对比,结果表明,数值模拟与现场监测得到的基坑支护体系内力及位移变化规律一致,数值模拟技术工程指导效果显著。     

车辆荷载下路基变形特性分析

采用光纤布拉格光栅(FBG)技术监测路基动态变形,并结合数值模拟手段可以有效分析车辆荷载下路基的变形特性。本文对埋设FBG传感器的试验路段进行车辆荷载作用下路基动态加载—卸载试验,监测其动态变形响应。结合现场实测数据,通过FLAC3D软件对路基在车辆荷载下动态变形响应进行了模拟。结果表明:在1.4 t车辆荷载作用下,弹性变形均是塑性变形的8倍左右,数值模拟与现场监测获得的路基动态变形趋势一致,均以弹性变形为主、塑性变形较小;表明建模方法、参数选取及计算过程合理。在此基础上,利用经过校验的计算方法对不同车辆荷载下路基动态变形进行了多工况计算分析,分析中发现:路基弹性变形、塑性变形同车辆荷载非线性关系显著:荷载增加4倍时,弹性变形增加约4倍、塑性变形增加4倍;车辆荷载增加9倍时,弹性变形增加约11倍、塑性变形增加约13倍。因此,应对重载车辆对路基的破坏作用给予足够关注。采用现场测试与数值模拟相结合的方法,可较为高效合理地分析路基动态变形响应,为道路工程防灾减灾及安全评价提供了技术手段。     

大渡河干海子滑坡稳定性研究

干海子滑坡位于大渡河流域,规模巨大。为研究该滑坡的稳定性,在对滑坡基本特征及变形破坏特征等深入研究的基础上,采用极限平衡法（Geo-slope软件）和有限差分法（FLAC-3D软件）对该滑坡的稳定性和应力应变特征进行了计算、模拟。稳定性计算模拟主要从深层、浅层及局部稳定三方面入手分析,计算模拟结果与滑坡的宏观地质现象均具有较高的吻合度。通过对该滑坡定性与定量的稳定性分析,判断其浅层滑体在暴雨工况下将处于极限平衡状态,而深层滑体在地震工况下依旧处于基本稳定状态,所得结论为下一步滑坡防治工作提供了翔实的依据。     

边坡变形的分布式光纤监测试验研究及实践

布里渊光时域反射计（BOTDR）是一项新型光电传感仪器,可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测。该技术采用光纤作为传感和传输介质,具有良好的抗干扰、长距离、可植入性和分布式监测等特点。本文总结了近几年来分布式光纤在边坡工程中监测的工程实践和试验研究结果。实践表明,将光纤传感器铺设在加固边坡的锚杆和框架梁中,在加固边坡的同时进行安全监测,可以取得良好的效果;而将光纤直接铺设在边坡浅层土体中进行监测,可以及时对边坡安全提供预警,但往往不利于长期监测。本文还介绍了将光纤传感器布设在用于加固边坡的土工织物中进行安全监测的室内试验研究。实验证明,不同的光纤类型、布设方法、土工织物性能等都会对监测结果产生影响。最后分析了分布式光纤监测在岩土工程监测中的应用前景,以及今后研究的关键技术问题。     

木质锚杆加固土遗址边坡的稳定性分析

基于有限元强度折减法,以新疆吐鲁番交河故城的典型工程加固剖面为实例,计算分析木质锚杆加固土遗址坡体在静力、地震作用下的安全系数,同时分析木质锚杆长度、锚固角度等因素对其安全系数的影响,评价木质锚杆加固土遗址坡体的可行性,并在此基础上探讨其相关机理及设计中应注意的问题。研究成果可为木质锚杆加固土遗址坡体的相关工程实践提供参考。     

Field testing of modular borehole monitoring with simultaneous distributed acoustic sensing and geophone vertical seismic profiles at Citronelle,Alabama

A modular borehole monitoring concept has been implemented to provide a suite of well‐based monitoring tools that can be deployed cost effectively in a flexible and robust package. The initial modular borehole monitoring system was deployed as part of a CO₂ injection test operated by the Southeast Regional Carbon Sequestration Partnership near Citronelle, Alabama. The Citronelle modular monitoring system transmits electrical power and signals, fibre‐optic light pulses, and fluids between the surface and a reservoir. Additionally, a separate multi‐conductor tubing‐encapsulated line was used for borehole geophones, including a specialized clamp for casing clamping with tubing deployment. The deployment of geophones and fibre‐optic cables allowed comparison testing of distributed acoustic sensing. We designed a large source effort (>64 sweeps per source point) to test fibre‐optic vertical seismic profile and acquired data in 2013. The native measurement in the specific distributed acoustic sensing unit used (an iDAS from Silixa Ltd) is described as a localized strain rate. Following a processing flow of adaptive noise reduction and rebalancing the signal to dimensionless strain, improvement from repeated stacking of the source was observed. Conversion of the rebalanced strain signal to equivalent velocity units, via a scaling by local apparent velocity, allows quantitative comparison of distributed acoustic sensing and geophone data in units of velocity. We see a very good match of uncorrelated time series in both amplitude and phase, demonstrating that velocity‐converted distributed acoustic sensing data can be analyzed equivalent to vertical geophones. We show that distributed acoustic sensing data, when averaged over an interval comparable to typical geophone spacing, can obtain signal‐to‐noise ratios of 18 dB to 24 dB below clamped geophones, a result that is variable with noise spectral amplitude because the noise characteristics are not identical. With vertical seismic profile processing, we demonstrate the effectiveness of downgoing deconvolution from the large spatial sampling of distributed acoustic sensing data, along with improved upgoing reflection quality. We conclude that the extra source effort currently needed for tubing‐deployed distributed acoustic sensing vertical seismic profile, as part of a modular monitoring system, is well compensated by the extra spatial sampling and lower deployment cost as compared with conventional borehole geophones.     

High‐resolution multi‐component distributed acoustic sensing

Distributed acoustic sensing uses an optical fibre together with an interrogator unit to perform strain measurements. The usage of distributed acoustic sensing in geophysics is attractive due to its dense spatial sampling and low operation cost if the optical fibre is freely accessible. In the borehole environment, optical fibres for distributed acoustic sensing are often readily available as a part of other sensing tools, such as for temperature and pressure. Although the distributed acoustic sensing system promises great potential for reservoir monitoring and surface seismic acquisition, the single axial strain measurement of distributed acoustic sensing along the fibre is inadequate to fully characterise the different wave modes, thus making reservoir characterisation challenging. We propose an acquisition system using five equally spaced helical optical fibres and a straight optical fibre to obtain six different strain projections. This system allows us to reconstruct all components of the 3D strain tensor at any location along the fibre. Analysing the condition number associated with the geometry of the optical fibre, we can systematically search for the optimum design parameters for our configuration. Numerical examples demonstrate the effectiveness of our proposed method to successful reconstruction of the full strain tensor from elastic wavefields of arbitrary complexity.     

锚杆动测问题的数值解

建立了锚杆动测问题的有限元模型，并对锚杆中的缺陷进行了数值模拟，获得了位移场的数值解。对该解在时域和频域范围内的讨论表明，锚杆中的缺陷将引起动测曲线一系列的变化，为现场动测曲线的识别提供了依据。     

基于分布式光纤传感的堤坝安全监测技术及展望

及时、准确地掌握堤坝的性态，是保证堤坝安全运行的基础.因此，需要一种实时监测系统对堤坝进行监测.分析了堤坝健康监测的主要内容，介绍了分布式光纤传感技术的工作原理及使用现状；探讨了分布式光纤传感技术在我国堤坝渗流和形变中的应用；指出了分布式光纤传感技术在土堤坝使用中存在的问题，并给出了新的堤坝长期安全监测系统设计建议，结论有益于指导构建新的基于分布式光纤技术的堤坝安全监测系统.     

地震激励作用下锚固系统研究现状

地震激励作用下,柔性的锚杆支护体系与刚性的滑体合而为一,刚柔并济,协调系统位移与应力,主动抗震抗滑。基于以上优势,锚固边坡在高烈度地区广泛应用,其动力稳定性也成为近年来岩土工程领域研究的热点。通过分析锚固边坡的浅表动力效应、锚固体的动力响应、锚固体的破坏模式、锚固体的抗震机理及设计方法等4个方面发现,浅表动力效应研究和锚固体的动力响应分析研究成果相对较多、较成熟,但大都局限于位移、加速度、应力等单因素的分析,并没有具体到整个系统的动力响应过程;指出今后的研究方向更应趋向于整个锚固系统的动力响应过程、抗震机理及抗震设计理论,才能更好地为工程服务。     

锚杆加固对石窟地震反应的影响

利用大型通用AD INA有限元分析软件进行动力分析,研究锚杆加固对石窟地震反应的影响。通过对无裂隙无锚杆、有裂隙无锚杆、有裂隙有锚杆和有裂隙有预应力锚杆4种模型的分析,研究了锚杆在石窟岩体加固中的作用。结果表明,锚杆的加固作用是明显的,在有裂隙的部位打入锚杆对石窟整体结构的安全性是有益处的。通过两条地震波作用下石窟的地震反应分析,指出了石窟结构在地震荷载作用下的薄弱部位,计算结果表明地震作用下薄弱部位多数发生在石窟的脚点附近,分析结果可作为石窟抗震设计的参考依据。     

扩大头压力型锚索的现场试验研究

在土质边坡进行了拉力型锚索、扩大头压力型锚索和分段扩大头压力型锚索的现场试验。对所试验锚索的极限抗拔力和变形特性进行了比较分析;对压力型锚索注浆体压应变的分布,扩大头前端土体承载力对抗拔力的贡献等进行了分析。取得的试验结果和有关分析结论对扩大头压力型锚索的设计与施工有重要的指导意义。     

动荷载作用下边坡锚固系统合理设计探讨

爆破、地震或列车振动等动荷载作用下,边坡锚固系统易产生锚筋松弛、夹具损伤、注浆体拉裂及界面粘结失效等情况,影响其预应力赋存状态、加固效果和耐久性。基于动荷载作用类型和锚固系统动力响应特征分析,提出了动载下不同地层内的锚固段合理结构设计方案和锚筋抗拉安全系数及锁定荷栽的建议。动载下自由段（外锚固段）宜设计为全粘结型或增设多级反锚装置,形成岩土自锁锚固,以控制预应力损失和防止诸头或自由段破断造成突发性灾害;在水泥基灌浆体中掺入钢纤维或树脂纤维,可改善锚固体抗裂性能,提高其抗疲劳和抗冲击能力;建议优先采用防腐性能卓越的填充型环氧涂层钢绞线,以提高锚固体在动载破裂时的耐久性。