盾构隧道环向开挖面破坏机制及剪胀效应研究

采用刚性滑块构建两种圆形隧道失稳环向开挖面破坏模式,利用编制的非线性规划程序求解隧道失稳环向开挖面支护力系数σ_T /c（σ_T为均布支护荷载,c为有效黏聚力）最优上限解及地层破坏模式,揭示地层参数对隧道稳定性的影响,提出简单实用的极限支护力简化公式。研究结果表明：不排水条件下,当隧道埋深比H/D（H为埋深,D为隧道直径）和重度系数γD/c（γ 为重度）较小时,破坏区域主要集中在隧道中上部,随着H/D和γD/c增大,滑移线起始位置沿着隧道轮廓逐渐向隧道底部扩展,破坏区域向水平方向扩展。排水条件下,地层破坏模式主要有3种。当内摩擦角ϕ 和γD/c较大时,随着剪胀系数的减小,极限支护力和地层破坏范围变化较大,甚至可能引起破坏模式的改变。针对不同深度提出的极限支护力简化公式可快速获得隧道环向开挖面极限支护力。     

反倾层状岩质边坡倾倒变形机理与影响因素的离散元模拟

为进一步研究层状反倾边坡的弯曲倾倒变形机制,以离心试验为原型,通过离散元数值模拟,研究了层状岩质反倾边坡的变形机理与影响因素。通过预置层内随机裂隙,实现了破裂面的形成和贯通。研究结果表明：模拟结果与试验吻合较好,边坡变形可分为起始蠕变、稳态变形和失稳破坏3个阶段;边坡破裂面在达到破坏荷载（G_f）后瞬间贯通,呈直线型,产状受岩层倾角控制,G_f值与坡角幂函数相关;反倾边坡的破坏需满足倾角和坡角启动条件,且变形破坏与岩层所受弯矩关系密切,当倾角为70°~80°、坡角大于60°时,最易破坏;典型破坏模式有倾倒-折断-块体式、倾倒-弯曲-折断式、倾倒-反折式3种,其受倾角、坡角组合控制;对材料参数的正交试验表明,各参数对G_f的敏感性从大到小依次为密度、层面内摩擦角、层厚、密度比、层面黏聚力,且G_f与层厚、层面内摩擦角及密度比具有良好的线性相关性;层面内摩擦角可影响破裂面产状,从而控制变形体规模,其他参数仅影响G_f的大小。     

华南早三叠世的古地磁学与大地构造

从华南几个具代表性地点的下三叠统灰岩中,获得了有意义的古地磁学初步结果。这些结果支持华南存在分离板块的设想。根据新近获得的地质与古地磁学证据,推断华南存在4个岩石图板块。它们是扬子(D=232.4°,I=-11.8°,K=28.2,α₉₅=5.5°),湘桂(D=198.0°,I=32.2°,α₉₅=12.9°),华夏(D=88.0°,I=13.0°,K=20.1,α₉₅=9.1°)和海南(上二叠统D=338.2°,I=15.9°,K=10.2,α₉₅=14.3°)板块。4个板块的古地磁极位分散,纬度差明显,并存在碰撞后的局部与区域性的旋转作用,尤其是顺时针旋转。华南早中生代的大地构造可理解为4个来自古特提斯和冈瓦纳的岩石圈碎块与欧亚大陆聚合作用的产物。     

基于数字图像分析的土工合成材料加筋砂土拉拔试验研究

由于加筋土界面作用的复杂性,加筋土工程建设中铺设土工格栅时往往采用经验的方法,很大程度上造成了土工格栅的浪费及工程安全隐患,理清不同填料筋土界面作用的影响范围,有助于确定加筋土结构的合理加筋间距。为了揭示不同填料筋土界面作用的影响范围,采用4种不同类型的砂土与格栅在不同法向应力下进行了一系列的拉拔试验,并结合数字图像量测技术,分析了不同类型砂土下界面剪切带厚度、颗粒位移矢量、格栅拉拔阻力峰值及应变等演变规律。研究表明：界面剪切带厚度H随法向应力σ_v与砂土平均粒径d₅₀的增加而增大,通过多变量拟合的方法,得到了H、σ_v与d₅₀三者之间的函数表达式;格栅在拉拔过程中,砂土颗粒位移矢量以土工格栅为界有着显著的差别,格栅上部的颗粒位移矢量明显大于下部颗粒,且在格栅上下一定范围内会形成颗粒位移矢量集中带;拉拔阻力峰值随σ_v及d₅₀的增加而增大;不同类型砂土各区段的格栅应变均表现出由前向后依次递减的趋势。     

降雨条件下黄土边坡现场试验研究

黄土边坡的变形破坏多发生于降雨期间,由此也造成了大量的损失。为减小降雨诱发黄土滑坡的影响,开展降雨型滑坡现场实验研究,具有现实意义。本文选取泾阳一天然黄土边坡为研究对象,利用自行设计的模拟降雨系统,设计并进行了3组不同雨强下的大型黄土边坡人工模拟降雨试验,旨在研究不同雨强条件下天然黄土边坡的入渗规律及变形破坏模式。通过对边坡内埋设的土壤水分传感仪、土压力盒和张力计管的读数变化及试验现象进行分析,进而得出降雨条件下大型黄土边坡现场试验的变形破坏规律,总结出该类边坡的水分入渗规律和变形破坏模式。试验结果表明,边坡入渗呈现一定的规律:降雨条件下,坡肩入渗深度和速率最大,坡脚次之,坡面最小;同时,降雨强度越大,雨水入渗速率越快,入渗时间越长,边坡相同位置处体积含水率和土压力增大幅度越大,基质吸力减小的幅度越大。降雨条件下天然黄土边坡的变形破坏模式为:坡肩侵蚀及侵蚀扩展→坡面裂隙形成扩展→坡肩裂隙形成扩展→局部滑塌;若继续降雨,则坡肩局部裂隙逐渐贯通进而形成滑面,最终导致滑坡发生。     

基于裂隙扩展的多级岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析

开挖卸荷作用下裂隙岩体边坡的破坏模式与路径分析是边坡工程灾害研究的热点之一,准确识别边坡的潜在破裂路径对工程安全施工和支护优化设计具有重要意义。依据断裂扩展分析方法,将裂隙扩展判别的理论方法开发并应用于数值模拟分析中,通过裂隙尖端应力强度因子计算、裂隙扩展模式识别、裂隙起裂角演算、裂隙扩展交汇等技术实现了岩体中断续裂隙的起裂、扩展与贯通演化过程的快速模拟;以某高速公路沿线裂隙岩体路堑边坡为对象,采用提出的模拟方法分析了多级开挖卸荷作用下坡体裂隙的扩展机制与边坡的破坏路径。结果表明：裂隙岩体边坡从上至下多级开挖过程中,坡肩裂隙首先起裂,并通过拉张型扩展逐渐发展为优势裂隙;随着边坡下挖,优势裂隙沿坡面向下逐步发生拉张/剪切混合型扩展并与既有裂隙交汇,在边坡中上部形成阶梯状扩展破坏路径;裂隙扩展至边坡下部及坡脚后扩展模式由拉张/剪切混合型转化为剪切型,并最终以弧形剪切面从坡脚出露。研究揭示了裂隙岩体边坡多级开挖卸荷作用下上部阶梯状拉张/剪切混合型破裂-下部弧形剪切型破裂的复合破坏模式,可为边坡工程支护设计和施工稳定性控制提供新思路。     

基于坡面稳定的黄土路堑高边坡优化设计

通过室内外黄土边坡的冲刷试验结果发现,随着坡度的增加,坡面上的最大冲沟深度呈先减少、后增大的趋势。黄土边坡坡角值越接近临界坡角,坡面产生破坏的可能性越小。根据坡面流理论,导出黄土路堑高边坡抗冲刷的临界坡角。根据调查发现,当边坡的坡角相同时,单级坡体越高,坡体（即坡长越长）越易形成明显的冲沟。根据坡角、坡面长和坡面冲刷量之间的关系,建立了基于坡面稳定的黄土路堑高边坡优化设计模型。用该模型对典型路堑高边坡进行计算验证,优化结果和实际情况吻合较好。     

复合地层隧道围岩强度实时估算研究

隧道TBM开挖过程中经常会遇到复合岩层,在这种地质环境下,隧道掘进机（tunnel boring machine,简称TBM）开挖过程中的隧道围岩强度很难估计,隧道开挖掌子面和围岩容易发生坍塌。为了提高隧道掘进效率、预防事故发生,对开挖隧道围岩强度进行实时估算方面的研究很有必要。在重庆轨道九号线隧道TBM施工中,通过室内试验和现场实测数据发现,TBM推力F_N与岩石强度成正比、TBM扭矩推力比T/F_N（T为扭矩）与贯入度p^0.5成正比例关系。针对砂质泥岩、砂岩和灰岩组成的复合岩层,提出了一种利用现场实测推力F_N和扭矩T的值来快速估算开挖隧道围岩强度的方法,进一步对TBM实测数据进行线性拟合,从而得到估算公式中两个常数α₁、α₂的取值方法,并在10多个隧道实际工程中得到验证。结果表明,对于这种复合岩层地质环境,两个常数α₁、α₂的值与滚刀数量n和滚刀直径d相关。该研究成果为实时快速估算开挖隧道围岩强度提供了一种新的切实可行的思路,能提高隧道TBM施工的可靠性和安全性,具有重要的应用价值。     

黄土路堑边坡的失稳破坏因素与变形模式分析

针对黄土路堑高边坡的失稳滑塌现象,文章深入研究了黄土路堑高边坡的各种诱发因素,主要通过对黄土本身的结构、性质、黄土湿陷性和水的影响进行分析,得出黄土路堑边坡失稳滑塌的四种破坏机理与变形模式,即开挖后缘拉裂模式,地表水或雨水入渗沿裂隙灌入形成薄弱面的模式,坡脚掏空致使坡体失去支撑而使黄土裂隙张开的模式,坡面冲刷、湿陷、剥...     

均质土坡的圆弧滑动分析

均质土坡圆弧滑动分析通常需要对圆心坐标和半径的3个参数进行搜索。通过分析圆心水平坐标即圆弧平移对失稳指数的影响,确认危险圆弧或通过坡脚,或圆心水平坐标由半径确定。利用不等式证明垂直边坡的临界滑面通过坡脚,且滑出角度大于内摩擦角。纯黏性边坡倾角大于 后圆弧滑面通过坡脚;而小于该角度圆心在坡面中垂线上,滑出角度?66.78?的圆弧在半径趋于无限时成为最危险滑面,相应的边坡临界高度为 ,保持恒定。具体计算表明,内摩擦系数为0.05,0.1和0.2时,边坡倾角小于40?,34?和22?时最危险滑面不过坡脚,但相应的失稳指数与过坡脚滑面的数值相差不到2 %;内摩擦系数大于0.3后最危险滑动圆弧都通过坡脚。就此而言,在评价均质边坡临界高度时直接对过坡脚的圆弧进行搜索即可。本文结果是基于数学分析得到的,可以作为边坡数值计算程序的参考。     

土质斜坡存在唯一最小安全系数的数据作图论证及原因分析

本文通过数据作图法揭示了土体黏聚力和内摩擦角对斜坡安全系数作用的不同规律,并论证了一般土质斜坡存在唯一最小安全系数及其原因。本文在土质斜坡中划分了大量的潜在滑移面,并定义了每一个潜在滑移面所拥有的4类安全系数FOSc×φ、FOSc、FOSφ和FOSc+φ。基于极限平衡的条分法计算了滑移面的4类安全系数,并使用数据作图法揭示和确定了这4类安全系数值随潜在滑移面深度d变化的4条特征和规律。由土体黏聚力和内摩擦角共同作用的安全系数FOSc×φ包络线随d的增加先单调下降,到达一段最小值区间后,再单调上升。因此,它必然存在一个总体最小值。仅由土体黏聚力贡献的FOSc包络线随d的增加先快速、再缓慢单调下降。仅由土体内摩擦角贡献的安全系数FOSφ包络线随d的增加线性上升。FOSc与FOSφ之和FOSc+φ数值几乎等同于FOSc×φ数值。这4条规律揭示了土体黏聚力和内摩擦角对斜坡安全系数作用的不同规律,并论证了一般斜坡存在最小安全系数及其原因。本文进一步论证和揭示了这4条特征和规律适用于5种经典有限条分法的计算结果,适用于考虑地下孔隙水压强作用的计算结果,和考虑斜坡土体分层不均质影响的计算结果。特别地,地下孔隙水会加深拥有最小安全系数的潜在滑移面深度。土体黏聚力对斜坡安全系数贡献随潜在滑移面深度增大而减小,土体内摩擦角对斜坡安全系数贡献随潜在滑移面深度增大而增大。这两种强度随深度的相反贡献规律导致了一般土质斜坡存在唯一最小安全系数。     

地震效应下非线性抗剪强度参数对裂缝边坡稳定性影响的上限解析

基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则,结合极限分析上限法和拟静力分析法,建立功能方程,推导了地震效应下裂缝边坡的安全系数计算方程。采用数学规划方法,计算了不同参数组合条件下的边坡安全系数值,详细分析了非线性条件下一系列参数对边坡稳定性的影响。研究表明,边坡安全系数随非线性参数和地震效应的增大而减小。对比分析可知,在非线性破坏准则下,裂缝深度较大时,裂缝对边坡稳定性影响显著,且边坡越陡影响越大;当裂缝深度超过某个值后,临界破坏面起始端可能不穿过裂缝最底端,而是从裂缝中间某部位穿过。在地震效应作用下,非线性抗剪强度参数对安全系数影响显著。研究成果进一步完善了裂缝边坡稳定性分析内容,所列图表为边坡的设计与施工提供有益参考。     

Stability analysis of seismic slopes with cracks

Earthquakes can trigger slope instability, especially in the case of slopes with cracks. Studies of slope stability rarely account for the presence of cracks. In this study, the upper bound limit analysis technique and the pseudo-static method were used to examine the stability of homogeneous slopes with cracks subjected to seismic loading. A series of stability charts for slope inclinations of 2:1 (β = 63.4°), 1:1 (β = 45°), 2:3 (β = 33.7°), and 1:2 (β = 26.6°) (vertical to horizontal) and internal friction angles, φ, of 10°, 20°, 30°, and 40° are presented. These charts should be useful for readily determining the stability number (critical slope height), the critical crack depth, and the region affected by cracks for cracks of known depth but unknown location, cracks of known location but unspecified depth, and cracks of unspecified depth and location.     

用拐点原理计算滑坡后沿张裂缝深度的新公式

当坡体后沿产生张裂缝时,通常意味着坡体接近极限平衡状态,滑坡可能发生,若遇降雨,张裂缝充水产生的水压往往是滑坡发生的启动因素,因为水压的大小与张裂缝的深度估算有关,是边坡稳定分析的重要条件之一。建立了一个坡体后部潜在三角形极限平衡体拉张模型,导出裂缝深度公式。应用拐点的数学性质原理,解出裂缝处与内摩擦角相应的滑面倾角,计算张裂缝深度系数,绘制了应用于实际的张裂缝深度系数的数值解曲线图。解释了张裂缝发生条件:裂缝处的滑面倾角必须小于裂缝深度系数的一阶导数的极值点确定的与土层内摩擦角对应的倾角α。给出了圆弧滑面和一种非圆弧滑面发生张裂缝位置的公式。与Spencer裂缝公式进行了比较,表明本文方法具有实用价值。     

大断面管幕法隧道群管顶进的地表位移规律研究

为研究管幕法群管顶进施工过程中地表位移变化规律,依托上海田林路下穿中环隧道工程,对地表位移实测数据进行了详细分析。通过数据处理发现,管幕施工期间变形发展可细分为7个阶段,其中包括4个推进阶段、3个暂停推进阶段。管幕推进阶段的地表位移由地层损失沉降和注浆引起的地表隆起叠加而成;暂停推进阶段的地表沉降主要是固结沉降。运用Peck公式对地表位移进行描述,通过现场数据反分析出各根钢管推进时的沉降槽宽度系数i和地层损失率η。基于分析结果,提出了适用于上海软黏土的i和η 计算公式,其中i的公式只与钢管半径R、钢管埋深h和土体内摩擦角φ 有关,而η的公式表达成随时间的双曲线函数。注浆导致的地表隆起可分解成各根钢管顶进伴随注浆造成的负地层损失。运用上述方法对地表位移进行预测,并与实测结果对比,验证了文中方法的正确性,成果可对类似管幕法工程施工引起的地表位移预测提供科学参考。     

逻辑回归模型在边坡稳定性分析中的应用

采用逻辑回归模型和确定性系数CF建立概率模型,使用收集到的22个边坡实例,将重度、内聚力、坡角、坡高、内摩擦角和孔隙压力比六个影响因子作为自变量,边坡状态作为因变量,应用SPSS取不同的滑坡概率P与不滑坡概率1-P的比值的自然对数Z进行回归分析。将获得的滑坡概率拟合模型反馈到样本参数上,对比其误差,选取Z=±10时的函数模型对另外8组边坡进行验证,证明预测模型的合理性。     

基于H/α分解原理的古河道信息提取——以松嫩平原西部地区为例

古河道对于重现古气候、古生态环境变化有着重要的意义。极化合成孔径雷达（SAR）数据以散射矩阵的形式记录了地物的后向散射信息,能有效地识别隐伏的古河道信息。本文以古河道发育的松嫩平原西部作为研究区域,选取Sentinel-1双极化数据（VV-VH）作为数据源,通过VV-VH双极化模式下的H/α分解处理,构建了由散射熵H与散射角α构成的二维H/α平面。依据雷达波在古河道充填沉积物中发生体散射以及在古河床底界面发生二次散射,并且体散射功率大于二次散射功率,确定了古河道散射类型属于H/α平面上的高熵多次散射。结合此特征与Sentinel-2影像,最终对研究区内的古河道信息进行了提取。研究表明,通过VV-VH双极化模式下的H/α分解方式可以提取到在Sentinel-2影像上无明显特征的古河道信息。     

沟谷地形对高填方拱涵涵周土压力影响研究

沟谷地形下高填方涵洞土压力分布规律较为复杂,不同沟谷地形下涵周土压力分布规律与上埋式涵洞差异显著。为探明沟谷地形对高填方拱涵涵周土压力的影响,采用离心模型试验与数值模拟方法,建立了地形-涵洞-填土的相互作用模型,分析了不同沟谷宽度B、沟谷坡度α下的拱涵涵周土压力及涵顶土压集中系数Ks的分布规律,并与最新涵洞设计规范进行了对比,阐述了沟谷地形下高填方拱涵土压力形成机制。研究表明：（1）沟谷宽度B对涵顶土压力集中系数Ks影响显著,沟谷宽度B为4D～6D,D为拱涵的净跨径,涵顶土压力集中系数Ks增幅较大;（2）沟谷宽度B小于4D时,可发挥沟谷地形对涵洞的减载作用;（3）沟谷坡度α在45°～60°时,涵顶土压力及其Ks变化最显著;（4）填土高度为20m,α>70°时,Ks≤1。填土高度为40m,α>50°时,Ks≤1;(5)我国最新涵洞设计规范推荐的Ks与离心模型试验、数值模拟规律存在一定差异,当α=45°时,沟谷宽度B较小时,规范的涵顶土压力集中系数Ks较为保守;（6）沟谷地形下高填方拱涵Ks与拱顶压密区、等压面的形成有关。拱顶压密区可引起拱涵涵顶土压力集中,并引起压密区周边土体...