水位涨落对库岸滑坡孔隙水压力影响的非饱和渗流分析

以某水库库岸滑坡为工程背景,根据饱和-非饱和渗流控制方程,针对不同滑坡体渗透性和库水位升降速率,研究库水位变化条件下滑坡体内孔隙水压力的动态响应,得到：(1) 水位升降时,在相同的入渗条件下,饱和渗透系数对初始地下水位有明显的影响;增大饱和渗透系数能降低地下水位,使地下水位线变得平缓,滑坡体的动、静水压力减小,有利于稳定;(2) 增加库水位升降速率,地下水位响应滞后变得显著,地下水位线形态整体变陡,滑坡体的动水压力增大,不利于边坡稳定性。     

乐坝火车站后山边坡降雨作用下渗流数值分析

研究拉张裂缝充水和降雨共同条件下边坡渗流特征对边坡稳定性分析具有关键作用。基于饱和—非饱和土渗流理论及边坡饱和—非饱和土渗透特性,设计4种降雨类型并对案例边坡有限元渗流数值计算分析,分析表明:(1)在稳态渗流下,边坡上部负孔隙水压力值最大,边坡下部值最小,渗流速度在边坡上部、中上部、中下部值增加缓慢,在下部值骤增;(2)在瞬态渗流下,考虑拉张裂缝已充满水,坡体孔隙水压力由正值变为负值,起初边坡上部正孔隙水压力最小,下部正孔隙水压力最大,随时间推移,上部负孔隙水压力最大,下部负孔隙水压力最小,渗流速度边坡上部最小,边坡下部最大。因此,坡体不同位置渗流速度和孔隙水压力值存在差异,这对边坡治理极其重要。     

二维饱和土体动态孔隙率及相关动力响应特性研究

饱和多孔介质的动力响应研究在众多工程领域具有重要意义。充分考虑孔隙率的变化规律与影响因素,有利于合理揭示饱和多孔介质的相关力学行为。为此,将动态孔隙率模型与用于表征饱和多孔介质动力特性的u-U-p型方程结合,构建相应的非线性力学模型,利用Comsol Multiphysis PDE求取相应的数值解,以此研究不同透水条件下,受谐波载荷激励的二维饱和土体的孔隙率、变形量及孔隙水压力的变化规律。结果表明：孔隙率的变化与土骨架的体应变及孔隙水压力直接相关,土体压缩过程中,孔隙率相应减小,土骨架与孔隙流体的相互作用增强,土体运动时所受阻力增大,其无量纲竖向位移小于孔隙率被视为常数时的情况,在此条件下,由于土体的变形量减小,其孔隙水压力也相对减小。故充分考虑动态孔隙率,有利于更加精确地研究等饱土体和多孔介质的相关力学行为。此外,土体上表面透水条件下,孔隙流体可以从土体表面自由排出,土骨架承受的载荷更大,与不透水条件相比,土体孔隙率、竖向位移、孔隙水压力等变化更为显著。     

波流共同作用下多孔介质海床动力响应的解析解

本文提出一个评价波流共同作用下多孔介质海床的孔隙水压力和有效应力动力响应的u-p近似模型。与过去相关研究主要不同处是在于本文着重考虑了潮流在该问题解析解中的作用。本文提出的解析解首先分别与实测数据和COMSOL数值解对比验证。接着以此解析解为基础进行了一系列关于流的作用的参数分析。本文首先研究了潮流对于不同海床深度的影响以及不同波流荷载下海床的动力响应问题,数值结果显示了潮流和非线性波对孔隙水压力和有效应力的重要作用。本文最后研究了不同潮流方向对海床动力响应的影响,结果显示由不同的潮流方向引起的孔隙水压力的相对变化可以达到静水压力的15%。     

基于统一硬化模型的孔隙水压力系数

影响孔隙水压力的因素主要包括总平均应力、广义剪应力和应力洛德角。在总结了前人对孔隙水压力系数的研基础上,推导了基于统一硬化模型的孔隙水压力系数,采用变换应力的方法可以使该模型实现三维化,因此,新的孔隙水压力系数能反映上述3因素的变化对孔隙水压力的影响。     

遗传算法的BP神经网络对滑坡孔隙水压力时间序列恢复及预测研究

由于降雨入渗过程及其对滑坡的作用机理非常复杂,获得完整的小时间尺度的孔隙水压力时间序列对于研究降雨滑坡机理意义重大。但在对滑坡孔隙水压力进行监测时,由于观测方法、传感器质量、环境干扰等原因会造成部分传感器暂时或永久失效,获得的时间序列在时间尺度上差异很大,给实际应用带来了困难。本文将应用基于遗传算法的BP神经网络对孔隙水压力时间序列进行内插和外延预测,不仅预测效果良好,而且能较好地反映降雨过程与孔隙水压力变化之间的内在物理关系。     

砾石土心墙堆石坝施工期孔隙水压力分析

土石坝在施工过程中会在大坝心墙中产生超静孔隙水压力。对于高土石坝,施工期心墙防渗体内产生的超静孔隙水压力难以有效消散,因此坝体内部可能会出现较高的孔隙水压力。结合监测资料分析了填筑料的含水量和施工进度对心墙内孔隙水压力的影响。坝体内的高孔隙水压力对大坝的稳定性和安全性会产生重要影响。因此,加强施工期孔隙水压力的监测与分析工作,对于指导施工与设计,保证大坝的安全具有重要意义。     

复杂深海工程地质原位长期监测系统研发与应用

海底滑坡、浊流等深海底地质灾害严重威胁海洋工程安全,是国家深海开发亟待解决的风险问题。为避免深海海底地质灾害对海底工程造成危害,解决深海海底地质灾害监测预警的难题,我们研发了一套复杂深海工程地质原位长期监测系统。该系统通过声学、电阻率、超孔隙水压力等方法监测深海海底沉积物的物理力学性质变化,实现了对深海海底地质灾害的监测和预警。该系统主要包括海床基搭载平台、监测系统、通信控制系统、供电系统等。其中监测系统主要通过原位长期监测海底沉积物的电阻率、声学、超孔隙水压力等的变化来获取海底沉积物的物理力学性质变化;通信控制系统可以实现海底到海面,再到陆地的双向通信和数据传输。其中供电系统通过独特设计的海水电池工艺,可以满足该系统在海底长期工作一年的电量需求。复杂深海工程地质原位长期监测系统已完成了近海测试,并搭载“海洋地质六号”“东方红三号” “张謇号”等科考船在南海进行了多次远海海试,获取了丰富的实测数据。电阻率监测系统采用温纳法滚动测量,测得的水土界面位置平均电阻率为0.207 Ω·m。超孔隙水压力监测系统采用开放式结构的压差式光纤光栅孔压测量方法,监测到孔压观测的4个标志性阶段:(1)贯入过程引起的超孔隙水压力累计,峰值为34.942 kPa,历时0.182 h;(2)贯入完成后累积的超孔隙水压力衰减,衰减到9.973 kPa,历时为0.810 h;(3)环境应力引起的超孔隙水压力实时响应,超孔隙水压力的变化范围为8.327~14.384 kPa;(4)残余孔隙水压力平均值为11.150 kPa。声学监测系统采用两个一发三收模式,测量的海水平均声速为1 533 m/s,测量的海底沉积物自上而下的平均声速依次为1 586、1 587、1 784、1 735、1 831 m/s。复杂深海工程地质原位长期监测系统的成功研制将显著提升目前海洋工程地质原位长期观测的技术能力,解决复杂深海工程地质评价及地质灾害监测预警的技术难题。     

天津地区海积软土的孔压模型建立及参数确定

确定土体的孔隙水压力是土力学中一个重要的研究问题。通过对天津市欠固结海积软土进行的大量试验，研究了孔隙水压力变化的主要特征。已有的孔压模型中孔压与应力应变的关系不唯一，在试验的基础上，提出了新的孔隙水压力模型，并确定了模型参数。     

水饱和边坡夹层热-孔隙水-力耦合作用模型及应用

为了研究温度对水饱和边坡夹层力学参数的影响,将水饱和边坡夹层视为固-液两相的线弹性体,建立了水饱和边坡夹层热-孔隙水-力耦合作用的力学模型,并推导了其耦合控制方程;采用物理相似模拟的方法,建立了与边坡原型相似的试验模型,研究温度引起的边坡夹层力学参数的变化特征;通过比较分析理论计算结果与模型试验结果,验证了所建立的耦合力学模型的适用性。研究结果表明：孔隙水压力系数和热压力系数是引起水饱和边坡夹层孔隙水压力增加的关键控制因素;孔隙水压力系数取决于孔隙排水压缩特性和固相介质压缩特性,这两者差值越大,孔隙水压力系数越大;孔隙水热膨胀系数和孔隙体积热膨胀系数是影响热压力系数的主要因素,这两者差值越大,热压力系数也越大;边坡夹层孔隙水压力随温度升高呈现出先缓慢增加而后急剧增加的变化特征,而黏聚力和抗剪强度随温度升高而缓慢降低,且孔隙水压力的理论计算结果与试验测试结果吻合良好。因此,水饱和边坡夹层热-孔隙水-力耦合作用的力学模型能较好地反映孔隙水压力在加热升温过程中的变化特征,为科学地预测和控制类似边坡工程的稳定性提供了参考。     

黄河三角洲饱和粉土液化特性及孔压模型试验研究

以黄河三角洲地区可液化场地粉土为研究对象,利用室内循环三轴试验结果,分析了动荷载作用下粉土的液化特性,通过模拟地震荷载作用下粉土的孔压响应,提出了原状粉土的孔压上升模型,并与粉质粘土和粉砂的液化特性和孔压模型进行了对比,并得出一些结论。     

Equation of state and melting point studies of forsterite

We report in this paper results of lattice dynamical calculations of the thermodynamic properties, namely, the equation of state and the melting point of forsterite. The root mean square displacements of atoms and thermal parameters are also evaluated. It is observed from our results, that, a modified Lindemann criterion for melting may be proposed for an ionic ‘molecular’ solid like forsterite. Agreement among various theoretical and experimental results is satisfactory indicating that lattice dynamical studies based on microscopic quasiharmonic formulations help in understanding the macroscopic properties of forsterite, over a wide range of temperature and pressure.     

煤层气多分支水平井井眼轨道优化设计模型

煤储层具有低压低渗特征,致使煤层气开发困难,单井产量低;而多分支水平井能显著增﹑加井筒与煤层的接触面积,提高单井产量,缩短经济回收期。为此,提出了煤层气多分支水平井井眼轨道优化设计准则和主水平井方位的选择方法,建立了煤层侧钻水平井井眼轨道优化设计模型,并将该模型用于鄂尔多斯盆地2号和10号煤层的煤层气多分支水平井井眼轨道优化设计。结果表明,该模型实现了以较短的井眼轨道进入目标靶点,保证了分支井眼的平滑度,对煤层气钻井设计具有重要的指导意义。      

Dynamical evolution properties of debris flows controlled by different mesh-sized flexible net barriers

Because the flexible net barrier is a gradually developed open-type debris-flow counter-measure, there are still uncertainties in its design criterion. By using several small-scale experimental flume model tests, the dynamical evolution properties of debris flows controlled by large and small mesh-sized (equal to D₉₀ and D₅₀, respectively) flexible net barriers are studied, including the debris flow behaviors, segregation, and permeability of sediments, as well as the energy absorption rates and potential overtopping occurring when debris flows impact the small mesh-sized one. Experimental results reveal that (a) two sediment deposition patterns are observed depending on variations in debris flow textures and mesh sizes; (b) the aggregation against flexible net barriers is dominated by flow dynamics; (c) the segregation and permeable functions of the barrier are determined by the mesh size, concentration, and flow dynamics; and (d) the smaller mesh-sized flexible net barrier tends to be more efficient in restraining more turbulent debris flows and can absorb greater rate of kinematic energy, and finally, the great kinematic energy dissipation that occurs when secondary debris flows interact with the post-deposits in front of the small mesh-sized flexible net barrier is believed to cause the failure of overtopping phenomenon. The mesh size is concluded to be the decisive parameter that should be associated with debris flow textures to design the control functions of flexible net barriers.     

软岩洞室最优支护的广义SMP准则解与对比研究

现有洞室最优支护设计均基于Mohr-Coulomb（简称M-C）准则,不能真实反映岩石强度的中间主应力效应以及围岩的三向不等应力状态。基于广义SMP准则和稳定蠕变J3准则,考虑中间主应力对岩石强度的提高作用,建立了软岩洞室最优支护力与围岩允许最大位移的理论解答。洞室最优支护解答对M-C准则、外接圆Drucker-Prager（简称D-P）准则均具有很好的拓展性,且工程实例验证了其正确性。研究结果表明：3种强度准则结果间的差异实际反映的是对中间主应力效应的不同考虑,M-C准则和外接圆D-P准则对应的结果是两个极端情况,推荐选用广义SMP准则解答;岩石长期强度是洞室最优支护设计的关键参数,围岩凝聚力与内摩擦角的影响亦很显著,应合理测定岩石的强度参数并充分考虑变异性。     

Infiltration effects on a two-dimensional molecular dynamics model of landslides

We propose a two-dimensional computational model for deep landslides triggered by rainfall, based on interacting particles or grains. The model describes a vertical section of a fictitious granular material along a slope, in order to study the behavior of a wide-thickness landslide. The triggering of the landslide is caused by the exceeding of two conditions: a threshold speed and a condition on the static friction of the particles, the latter based on the Mohr–Coulomb failure criterion (Coulomb in Mem Acad R Div Sav 7:343–387, 1776; Mohr in Abhandlungen aus dem Gebiete der Technischen Mechanik. Ernst, Berlin, 1914). The interparticle interactions are represented as a potential that, in the absence of suitable experimental data and due to the arbitrariness of the grain dimension, is modeled similarly to the Lennard-Jones’ one (Lennard-Jones in Proc R Soc Lond A 106(738):463–477, 1924), i.e., with an attractive and a repulsive part. For the updating of the particle positions, we use a molecular dynamics method, which is quite suitable for this type of systems (Herrmann and Luding in Continuum Mech Thermodyn 10:189–231, 1998). An infiltration scheme is introduced for modeling the increasing pore pressure due to the rainfall. Finally, we also introduce the viscosity in the dynamical equations of motion. The statistical characterization and dynamical behavior of the results of simulations are quite satisfactory relative to real landslides: We obtain a power law distribution of landslide triggering times, and the velocity patterns are typical of real cases, including the acceleration progression. Therefore, we can claim that this type of modeling can represent a new method to simulate landslides triggered by rainfall.     

土压力传感器在硬土介质中的非线性响应分析

为掌握土压力传感器置于硬土介质中呈现的非线性响应特性,建立了传感器与土介质的相互作用模型,运用有限元分析了满足匹配误差稳定所需的传感器与土介质的模量比条件。进行了传感器的单体标定和级配碎石土介质标定试验,探讨了传感器非线性响应的主要影响因素。计算与试验表明,目前国内主流的双膜土压力传感器在量测硬土介质中的土压力时,由于模量偏小标定曲线非线性显著;土压力传感器单体标定曲线线性度较高且其模量基本稳定,表明土介质的模量变化是引起标定曲线非线性的主要因素;通过将传感器置于与使用环境相近的土介质中进行标定,并采用非线性修正可明显提高硬土介质中土压力量测的准确性。     

条带煤柱设计的强度准则效应研究

条带开采广泛应用于深部煤层,合理的条带煤柱尺寸对提高煤炭采出率和保护地表地貌都具有十分重要的意义。通过总结平面应变状态下Wilson准则、Mohr-Coulomb(M-C)准则、广义Matsuoka-Nakai(M-N)准则、广义Lade-Duncan(L-D)准则和外接圆Drucker-Prager(D-P)准则等5种强度准则的统一表达式,进而建立条带煤柱的极限强度、屈服宽度和留设宽度的统一计算公式,探究条带煤柱设计的强度准则效应,并得出煤层黏聚力和内摩擦角的影响特性。研究结果表明：建立的统一计算式涵盖文献已有解,且应用非常方便;条带煤柱设计的强度准则效应显著,Wilson准则和M-C准则的结果过于保守,外接圆D-P准则应用需谨慎,应优先选用广义M-N准则或广义L-D准则;煤层黏聚力和内摩擦角对条带煤柱设计的影响明显,应充分考虑煤层的强度参数变化。该研究结果可为条带煤柱的合理设计与施工提供一定的理论指导。     

The Dynamical Model of Chemical Oscillaiton in CaF2—HCl—H2O Solid—Liquid Reaction System

Based on the physical chemistry principle ,this paper proposes that the surface adsorption catalytic mechanism of HF is the key to dissolving the oscillation of the CaF2-HCl-H2OL solid-liquid reaction system.Meanwhile the dynamical model of this system has been established in order to study its non-linear dynamical genesis.Although this mathematics model is based on CSTR reaction apparatus,it is applicable to the foliate flow reaction apparatus,too.     

基于幂强化本构模型的轴对称圆巷弹塑性解

轴对称圆巷的弹塑性求解的关键是选择合适的屈服准则。已经有诸多学者选择Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则和Hoek-Brown准则等,进行了相应的求解。为了探讨更符合工程实际需要的准则和求解,在考虑岩石材料的应变强化效应的条件下,建立了轴对称圆巷的幂强化本构模型和基于Drucker-Prager屈服准则的幂强化-理想塑性模型,并进行了弹塑性求解。以工程实例为计算条件,将幂强化-理想塑性模型的计算结果与基于Mohr-Coulomb准则、Drucker-Prager准则的理想塑性模型和幂强化模型的计算结果分别进行了对比,分析幂强化参数对围岩弹塑性解的影响。研究表明,应变强化效应对围岩稳定性有较大影响,对于应变强化效应较强的岩石材料,采用幂强化模型分析更接近工程实际。