西板岔沟尾矿坝静力和动力稳定性分析

采用西安理工大学研发的EFES3D程序,运用等价粘弹性模型的三维有效应力有限元法,对河南洛南西板岔沟尾矿坝进行了地震永久残余变形、液化分析和边坡稳定分析,求得残余变形、孔压水平分布场和边坡安全系数。计算得到的坝坡的静力稳定最小的安全系数Fs为1.9,地震反应结束时的动力边坡稳定安全系数为1.19。计算结果表明西板岔沟尾矿坝在静力状态及动力作用下都是稳定的。     

水平地震作用下黄土多级高填方边坡动力响应规律及稳定性分析

为研究水平地震作用下黄土多级高填方边坡动力响应规律及稳定性，本文以某高填方边坡工程为背景，利用GeoStudio2012有限元分析软件建立模型进行分析，并对比分析多级高填方边坡与单级填方边坡动力响应结果。计算结果表明，边坡坡面和挖填交界面上动力响应规律表现为:位移幅值基本随着高程的增加而增加；速度幅值随着高程的增加先增大后减小再增大；加速度幅值随着高程的增加有减小趋势；多级高填方边坡动力响应规律与单级填方边坡动力响应规律不同，单级填方边坡位移幅值、速度幅值、加速度幅值均随着高程的增加递增；地震波在坡体内传播时，随着高程的增加具有滞后性。边坡稳定性随着地震加速度峰值的增大有所下降，相比静力作用，水平地震作用下边坡稳定性下降明显。本文相关研究可为西北地区黄土高填方边坡工程抗震提供一定理论依据。     

基于Bishop条分法的多点多向地震动作用下边坡稳定性分析

以人工合成的多点、多向地震加速度时程作为地震动输入,基于Bishop条分法推导了地震边坡稳定安全系数的表达公式。在此基础上,针对某一具体算例,分析了不同地震峰值加速度下的不同坡高边坡稳定安全系数的变化规律,并与单点、单向地震动输入的结果进行了对比。结果表明,对于本文给出的算例,在坡高与地震峰值加速度都相同的条件下,多点、多向地震作用下的边坡安全系数要大于单点、单向作用下的安全系数;当坡高小于30 m、地震峰值加速度小于0.1 g时,多点、多向地震动作用下的边坡安全系数与单点、单向相差不大;当坡高大于30 m、地震峰值加速度大于0.1 g时,多点、多向地震动作用下的边坡安全系数相对单点、单向要小36%以上,此时边坡稳定性评价必须考虑地震动的多点、多向特性。     

地震和煤矿采动耦合作用下露天矿边坡及采空区稳定性研究

为了探讨地震和煤矿采动耦合作用下的露天矿边坡及采空区的稳定性,以辽宁排山楼金矿露天转井工开采为研究对象,基于FLAC3D有限元分析平台,采用强度折减法研究了未进行煤炭开采时和煤矿采动单独作用下露天矿边坡的安全系数,重点探讨了煤矿采动和地震耦合作用下露天矿边坡及采空区应力场、位移场及塑性区的分布规律。结果表明:未经采动时,露天矿边坡的安全系数为1.21,边坡处于稳定状态;煤矿采动后露天矿边坡安全系数降为1.12,仍处于稳定状态,单独的煤矿采动作用不会导致露天矿边坡失稳;在地震和煤矿采动耦合作用下,露天矿边坡坡体内出现了较大的拉应力,采空区顶板出现冒落现象,底板出现底鼓现象;在地震和采动耦合作用下,边坡将出现失稳破坏,破坏形式主要为采动区顶板的大面积冒落和边坡的崩塌。     

黏性土坡地震失稳机制及其在黄土斜坡地震稳定性分析中的应用

基于地震作用下黏性土坡失稳滑动特点,以土体应力状态及其变化分析边坡失稳过程。通过分析地震作用下边坡不同部位土体应力状态和剪应力变化,结合实际地震边坡失稳破坏特征,提出黏性土坡地震三段式滑动失稳机制。在分析该滑动失稳机制与有限元强度折减法之间应力关联的基础上,将两者结合应用于实际黄土地震滑坡动力稳定性分析。依据此考虑得到的动力安全系数相比较其他方法,与极限平衡法得到的结果更为接近。     

加筋土边坡临界滑动场

在分析加筋土边坡稳定性时,将加筋材料的作用视为施加于滑面上的等效力,建立了满足力平衡的加筋土边坡安全系数的计算格式;将边坡临界滑动场数值模拟方法进行推广,提出了基于力平衡的加筋土边坡临界滑动场计算方法,可以得到形状任意的临界滑动面及边坡最小安全系数。通过算例,比较加筋前后临界滑动面和安全系数的变化,并探讨了加筋水平间距、强度、长度对加筋土边坡稳定性的影响。     

云南鲁甸M_S6.5地震红石岩滑坡稳定性的数值模拟

2014年8月3日鲁甸MS6.5地震触发了大量的滑坡崩塌,其中,位于鲁甸县李家山村和巧家县红石岩村交界处的牛栏江干流北岸的红石岩滑坡规模巨大,与此处位于左岸的红石岩古滑坡体的前缘部分一起堵塞了牛栏江而形成高达120m、体积达1 200×104m3的大型堰塞体。通过震后开展的野外实地调查,获得了红石岩滑坡发生处的地形地貌、地质构造、岩体结构及物质组成等资料。以这些第一手资料为基础,构建了红石岩滑坡的边坡模型,并应用边坡稳定性分析软件Geo Studio中Slope/W模块分别计算了红石岩滑坡体震前坡体安全系数和地震作用下的坡体安全系数。结果表明,红石岩滑坡体发生处的坡体安全系数在地震前为1.450,处于相对稳定状态,而鲁甸地震的地震动作用则使坡体的安全系数降低至0.962,直接导致红石岩坡体的失稳。文中进一步讨论了坡体滑动面的存在与否对坡体稳定性的影响:安全系数计算的结果表明,在中强地震作用下,先存滑动面的存在是导致大型滑坡形成的重要条件;对于高陡岩质边坡,如果没有先存滑动面,只可能形成浅表性滑坡。     

宝兰客专天水市王家墩滑坡地震稳定性分析

天水市秦安县王家墩滑坡为宝兰客专沿线巨型古滑坡群,宝兰客运专线秦安隧道穿其而过。以王家墩滑坡为研究对象,围绕工程中静、动力抗滑稳定性问题,通过室内试验、现场调查对影响王家墩古滑坡稳定性的地质构造、场地工程条件等内在因素进行分析评价,在此基础上通过有限元动力分析,对王家墩古滑坡在地震载荷下的动力响应进行分析,明确地震荷载作用下,王家墩古滑坡失稳影响因素、地震荷载与滑坡失稳破坏间的关系。采用动力有限元法和强度折减法相结合的方法,开展动力抗滑稳定性分析方法研究;采用位移突变的方法来确定边坡动力失稳及动力安全系数,分析结果表明：地震作用时的水平推力对王家墩古滑坡的稳定性有很大影响,表现为上部坡体的整体滑移和隧道入口段黄土堆积层局部失稳滑塌;在天然状态下坡体处于稳定状态,在遭遇未来该区域中强地震作用时,该斜坡会发生失稳,黄土斜坡的整体滑动最容易出现在第三阶坡体,沿着塑性应变最大的滑移面整体滑移;给出了坡体动力稳定性安全系数F_s=0.92。     

初始滑面正应力假定对一般三维边坡稳定性影响

基于滑面正应力修正的边坡安全系数显示解法,研究滑面初始正应力分布对边坡稳定性的影响。假设滑面的初始正应力分布,用含有待定参数的修正函数对其进行修正,使滑体满足所有方向的力和力矩平衡条件,推导出满足所有平衡条件的安全系数方程,得到边坡安全系数值,对边坡稳定性进行评判分析。结果表明,对于三维对称边坡,不同初始滑面正应力分布对边坡稳定性影响较小,安全系数最大差别控制在5%以内;对于一般三维形状边坡,不同初始正应力分布对边坡稳定性影响较大,三维安全系数的差别在6.2%,与其他方法的差别最大达到28.7%,需要进一步验证滑面正应力分布的合理性才能应用于工程实践。     

地震与水压力耦合作用下岩质边坡倾覆解析方法

以往对平面破坏模式的岩质边坡稳定性评价,主要关注潜在滑坡体在自重、坡体内静水压力和地震荷载耦合作用下沿破坏面的抗滑稳定性,并未涉及各类外荷载作用线不通过潜在滑体重心而引起的绕坡趾倾覆稳定性。针对这一问题,提出地震与张裂缝水压耦合作用下的岩质边坡倾覆稳定性解析方法,基于力矩平衡原理推导出岩质边坡抗倾覆稳定性系数的一般表达式;通过深入的变动参数比较研究,探讨张裂缝水压和地震荷载对抗倾覆安全系数的影响,认为水压是控制岩质边坡倾覆破坏的决定性因素,而地震荷载处于次要因素,其在一定程度上增加或减小抗倾覆稳定性。在此基础上建立不同参数组合下的岩质边坡抗倾覆稳定图,为工程技术人员快速评估饱水岩质边坡地震倾覆稳定性提供直接依据。     

非饱和黄土微观结构与黄土滑坡

原状黄土属于非饱和黄土,对非饱和黄土的微观结构研究对于研究黄土地区边坡的稳定性具有重要意义。通过研究区黄土的SEM图像的微观结构分析和利用Janbu法对典型黄土滑坡进行边坡稳定性的计算分析,认为该地区黄土的内部微观结构以架空结构和镶嵌结构为主,在大颗粒上附着的胶结物较少;随着深度的增加,土体上覆压力增大,土体具有明显的挤压变形现象;黄土体在天然状态下处于极限稳定状态,随着含水量增加,边坡稳定性下降,达到饱和状态时,处于不稳定状态;随着黄土地区经济的快速发展,人类水事活动和工程性经济活动广泛开展,人为因素逐渐成为诱发滑坡发生的主导因素。     

考虑非饱和土与结构特征的黄土湿陷性讨论

首先从黄土的结构特征认识出发探讨了黄土湿陷性的内在因素;其次通过试验数据分析找出对黄土湿陷性影响最大的因素,并进而研究了黄土湿陷发生的作用机制。由此从内因和外因两方面较好地阐述了黄土湿陷性的实质及其发生机制。     

Loess Thickness Variations Across the Loess Plateau of China

The soil thickness is very important for investigating and modeling soil-water processes, especially on the Loess Plateau of China with its deep loess deposit and limited water resources. A digital elevation map (DEM) of the Loess Plateau and neighborhood analysis in ArcGIS software were used to generate a map of loess thickness, which was then validated by 162 observations across the plateau. The generated loess thickness map has a high resolution of 100 m × 100 m. The map indicates that loess is thick in the central part of the plateau and becomes gradually shallower in the southeast and northwest directions. The areas near mountains and river basins have the shallowest loess deposit. The mean loess thickness is the deepest in the zones with 400–600-mm precipitation and decreases gradually as precipitation varies beyond this range. Our validation indicates that the map just slightly overestimates loess thickness and is reliable. The loess thickness is mostly between 0 and 350 m in the Loess Plateau region. The calculated mean loess thickness is 105.7 m, with the calibrated value being 92.2 m over the plateau exclusive of the mountain areas. Our findings provide very basic data of loess thickness and demonstrate great progress in mapping the loess thickness distribution for the plateau, which are valuable for a better study of soil-water processes and for more accurate estimations of soil water, carbon, and solute reservoirs in the Loess Plateau of China.     

Loess magnetic properties in the Ili Basin and their correlation with the Chinese Loess Plateau

Over the past two decades, magnetoclimatological studies of loess-paleosol sequences in the Chinese Loess Plateau (CLP) have made outstanding achievements, which greatly promote the understanding of East Asian paleomonsoon evolution, inland aridification of Asia, and past global climate changes. Loess magnetic properties of the CLP have been well studied. In contrast, loess magnetic properties from outside the CLP in China have not been fully understood. We have little knowledge about the magnetic properties of loess in the Ili Basin, an intermontane depression of the Tianshan (or Tien Shan) Mountains. Here, we present the results of rock magnetic measurements of the Ili loess including mass magnetic susceptibility (χ) and anhysteretic remanent magnetization (ARM), high/low temperature dependence of susceptibility (TDS) and hysteresis, as well as X-ray diffraction (XRD) for mineral analysis. Based on the comparison with loess-paleosol sequences in the CLP (hereafter referred to as the Chinese loess), we discuss the possible magnetic susceptibility enhancement mechanism of the Ili loess. The results show that 1) the total magnetic mineral concentration of the Ili loess is far lower than that of the Chinese loess, though they have similar magnetic mineral compositions. The ferrimagnetic minerals in the Ili loess are magnetite and maghemite, and the antiferromagnetic mineral is hematite; XRD analysis also identifies the presence of ilmenite. The ratio of maghemite is lower in the Ili loess than in the Chinese loess, but the ratios of magnetite and hematite are higher in the Ili loess than in the Chinese loess. 2) The granularity of magnetic minerals in the Ili loess, dominated by pseudo-single domain (PSD) and multi-domain (MD) grains, is generally much coarser than that of the Chinese loess. Ultrafine pedogenically-produced magnetic grains have a very limited contribution to the susceptibility enhancement. Rather, PSD and MD particles of magnetite and maghemite are the main contributors to the enhancement of susceptibility in the Ili loess. 3) The susceptibility enhancement mechanism for the Ili loess is complicated and superimposes both a wind velocity/vigor model (Alaskan or Siberian model) and the in situ ultrafine grain pedogenic model; the former might play an important role in the Ili loess. 4) Magnetic susceptibility enhancements of the Ili loess are related not only to the eolian input of the source area, but also to the local climate, landform, and geological background. Therefore, great care should be taken when reconstructing paleoclimate using magnetic susceptibility data from the Ili loess.     

黄土场地地震液化研究

通过往返加荷动三轴试验，对兰州某民用机场扩建工程场地的饱和黄土和砂土进行了液化试验。在试验结果的基础上，运用抗液化剪应力判别方法、地震危险性分析计算结果以及根据有限元一维模型计算求得的该场地的地震剪应力，对该场地饱和黄土和砂土的地震液化进行了综合判断。结果表明，在未来遭受到50年10％超越概率的地震作用时，该场地的饱和黄土比饱和砂土更容易发生液化。     

黄土斜坡动力响应特征分析

斜坡动力响应特征与斜坡形态密切相关,若入射地震波主频接近斜坡卓越频率就会放大斜坡动力响应,甚至造成斜坡失稳。汶川地震对远离震中的黄土地区造成了较为严重的破坏,局部场地震害和地震动放大效应显著。选取汶川地震典型黄土斜坡场地,利用地形台阵流动观测和数值模拟计算相结合的方法,系统开展强震动作用下黄土斜坡场地动力响应特征研究。结果表明:坡顶卓越频率最小,其PGA放大系数甚至达到坡底的1.98,这种现象可能与斜坡高差和入射波波长之比密切相关,比值0.2时坡顶放大效应达到最大。随斜坡坡度增加,放大效应增强,坡顶反应谱卓越周期放大系数可达5,说明斜坡地形对强震地面运动有显著影响。数值计算结果与实际强震观测基本吻合,其结果对黄土地区建设工程抗震设防具有重要的科学与实际意义。     

海原地区黄土的微观结构及地脉动特征分析

1920年8.5级地震诱发了大量的黄土滑坡,对研究黄土地区的滑坡灾害、土层地脉动特征分析具有重要意义。基于高精度电子扫描显微镜（SEM）分析发现海原地震现场表层黄土为架空孔隙弱胶结微观结构,且该黄土是以粉粒为主的低黏性粉土,有震陷和地震滑坡的高风险。基于地脉动测试得到滑坡场地15个地脉动数据,采用傅里叶变换法对苏堡村滑坡土层的脉动特征进行分析,获得地脉动频谱特征曲线。研究表明场地卓越周期建议值为0.126 s,将其划分为坚硬场地,可为该滑坡场地类别划分作为参考,同时发现滑坡体与未滑体的地脉动特征有较大差异,可为海原地震滑坡的脉动特性分析提供依据。     

黄土边坡动力响应分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立了某一黄土边坡三维模型,首先对其在地震作用下的动力响应规律进行了总结,然后探讨了地震动参数对黄土边坡动力响应的影响。结果表明：黄土边坡对地震波存在垂直放大和临空面放大作用;当输入地震波振幅或频率增加时,坡面监测点加速度放大系数随坡高增加呈＂增加→衰减→增加＂的三段形态;速度放大系数随坡高的增大而增大,并在坡顶达到最大值;位移放大系数随振幅和频率的增加而增加;地震持时对加速度、速度峰值的影响不大,但坡体位移随持时的增加而显著增加。强震作用下的最大剪应变增量区域的位置和形状表明,黄土边坡的破坏模式仍是沿着某一弧形潜在滑动面失稳破坏。研究结果有助于进一步揭示黄土边坡在地震作用下的失稳机制,为黄土地区边坡抗震设计与防灾减灾提供参考。     

黄土震陷研究及相关问题探讨

The research and achievements made on seismic subsidence of loess, obtained over the past 30 years, were reviewed. Seismic Subsidence of Loess （SSL） has been verified by microstructure characteristics, dynamic triaxial experiments, and in-situ explosion tests, and has become an important subject in the field of seismic loess engineering research. While, the research is still in the stage of theoretical study of saturated soil, and there are no representative cases of seismic subsidence of loess in historical earthquakes. It is difficult to express structure characteristics using microstructure morphology. While, soil mechanics are available methods for this. Seismic subsidence judgment is absolute in some certain value ranges for several parameters. Therefore, probabilistic judgment should be developed. The seismic subsidence ratio is estimated mostly by empirical formulas or semi- empirical and semi-theoretical formulas, which are based on laboratory data. These formulas are not established on the basis of physical process and mechanics of seismic subsidence, and this leads to more variables, complicated computation, and poor practicability. To solve these problems, we need to distinguish the main factors and corresponding variables, to establish a mechanics model for seismic subsidence estimation, and to characterize its physio-mechanical process. The key of anti-seismic subsidence treatment is to reduce the seismic subsidence property of soils, and to lower the interaction between the soil body and underground structures.     

考虑非饱和特性的黄土湿陷性与微观结构分析

利用扫描电子显微镜测试技术对3个场地16个土样的微观结构进行观测,并使用图像处理软件对微观图像进行处理、对土样孔隙的几何特征参数和分维数进行了提取,土样孔隙分布分维数为1.816~1.936。利用分形几何学原理建立非饱和土的孔隙分布函数,对天然湿度下黄土中水分分布进行分析,运用回归分析的方法对孔隙的分维数、非饱和孔隙孔隙率和湿陷性的关系进行了分析。结果表明：孔隙分维数越大,孔隙结构越复杂;天然湿度下处于非饱和状态的黄土孔隙孔径均大于40μm,黄土的湿陷系数随着孔隙分维数、非饱和孔隙孔隙率的增大而增大,非饱和孔隙是造成黄土湿陷的主要原因。