基于DEM的两段法水库塌岸预测研究

根据两段法进行塌岸预测的基本原理,本文基于Microsoft Visual Studio编程平台和ArcGIS Engine地理信息系统二次开发组件完成两段法塌岸预测程序的实现,将两段法的应用范围由二维空间拓展到三维空间,实现了塌岸宽度和体积计算的参数化和自动化,通过简单的人机交互,即可完成塌岸预测,提高了塌岸预测效率; 塌岸预测前后岸坡形态的三维可视化对比展示,也为库岸防护工程的实施提供了更可靠的数据支持和决策依据。在程序的实现过程中,塌岸预测参数获取主要通过3个途径:(1)通过野外调查实测数据和室内土工实验结果,获取所需的水下稳定坡角和水上稳定坡角; (2)通过地质图和高分辨率航空影像获取岩性分界线、多年洪水位线、枯水位线等参数信息; (3)基于研究区高分辨率DEM(Digital Elevation DEM)数据,绘制地形剖面线,为程序运行提供终止条件。     

水库塌岸时间效应的物理模拟研究

塌岸是一个长期的渐进过程。现阶段工程中塌岸预测的范围仅仅是指塌岸的最终状态。本文通过物理模拟试验来揭示塌岸发展的一般过程和时间效应。结果表明,塌岸的发展演化经历了从初始阶段的表层迅速被冲刷→浅层磨蚀→深层缓慢地掏蚀与坍塌,直到最后波浪无法作用于水上坡体而趋于稳定的过程。塌岸过程具体可划分为4个阶段:表层冲刷阶段、浅层磨蚀阶段、深层掏蚀与坍塌阶段、岸坡稳定阶段。岸坡稳定条件为:水下坡体和水上坡体达到稳定坡角,波浪不能再通过涨落带对坡体变形破坏造成影响。     

长江三峡库区巴东县王家咀至观音桥段塌岸模式与预测

三峡库区巴东段是岸坡塌岸的高发区,塌岸灾害在很大程度上影响了库区的安全生产生活。通过实际调查,选取深厚松散堆积层浅表部滑移型塌岸、沿基-覆界面滑移型塌岸、基岩崩塌型塌岸、沿结构面滑移型塌岸、冲刷浪坎型塌岸五种多发易发的典型塌岸进行研究,分析发生塌岸的斜坡地质环境条件及其塌岸后的形态特征。运用岸坡结构法与卡丘金法对典型塌岸进行预测,结果显示岸坡结构法更适用于山区水库的塌岸预测。通过实际调查发现,研究区内土质岸坡的稳定坡角在26°左右,该值可为巴东段岸坡塌岸预测与防治工程提供参考。     

三峡库区重庆段塌岸预测研究

三峡水库蓄水将会引起库区两岸变形再造,为了研究重庆段库岸塌岸变形,通过对重庆段重点库岸段的详细地质调查,总结出重庆库岸段存在如下三种主要的塌岸模式:冲蚀磨蚀型、坍(崩)塌型、滑移型;其中冲蚀磨蚀型约占调查总长的54%,坍(崩)塌型约占42%,滑移型仅占4%左右。在调查的基础上,针对不同的库岸塌岸模式和岸坡结构,采用不同的塌岸预测方法和预测参数开展了重庆段重点库岸段的塌岸预测,得出重庆段80%的库岸再造范围在20 m以内,而再造变形范围大于20 m的库岸段大多表现为滑移型。以上为重庆段库岸塌岸的防治措施提供了理论依据。     

基于人工神经网络的三峡库区丰都县水库塌岸预测

为了建立一个适合于三峡库区的塌岸预测方法体系,采用具有处理非线性关系功能的人工神经网络方法对水库塌岸问题进行研究。通过训练、学习和仿真,获得预测正确率为97.2%的具有7-32-14网络结构的BP神经网络模型,采用该模型对蓄水位为175　m时丰都县各岸段进行塌岸预测,并将预测结果与传统经验公式计算法所得结果及实际监测数据进行对比。结果表明:基于人工神经网络的塌岸预测宽度与实际监测数据很接近,偏差在5 m以内;公式法计算结果与监测值平均偏差为15.9 m,而且对于部分坡段,公式法计算结果比实际监测值小8～11 m,没能预测出塌岸的真正范围。采用神经网络模型对丰都县水库进行塌岸预测,预测结果与实际监测数据平均偏差约3.8%,表明其预测结果可靠。     

三峡库区塌岸预测新方法——岸坡结构法

水库塌岸是三峡库区重大地质灾害之一。通过三峡库区数百段库岸的塌岸地质现场调查和预测分析的基础上,提出了类似三峡这种山区河道型水库的塌岸预测新方法——岸坡结构法(RBSM),并给出了详细的图解方法和预测步骤。同时,开展了二滩、宝珠寺和龚咀三个运行中的类比水库和三峡水库(139m蓄水)的塌岸预测检验,验证结果表明该方法适宜于三峡水库以及类似的山区河道型水库塌岸预测,从而为水库塌岸预测与防治工程提供重要依据。     

信息量模型在塌岸灾害风险评价中的应用

塌岸灾害风险与塌岸灾害特点及人类社会经济活动密切相关,其风险评价涉及诸多因素.将信息量法应用于塌岸灾害风险预测库,建立了相关的信息量模型及评价指标;以重庆万州区和平广场地段为例,在三峡水库蓄水条件下,分别对塌岸灾害的危险性、易损性、风险性进行了综合预测研究.研究结果表明,塌岸评价指标选取合理,塌岸高危险性的单元与不良地质现象、库岸侵蚀和库岸类型密切相关;塌岸灾害易损性与人类社会经济活动及不良地质现象相关;塌岸高风险区主要集中在塌岸高危险性及高易损性单元,或受人口、建筑物分布影响的塌岸中等危险性的单元.     

长江三峡工程水库塌岸与工程治理研究

水库塌岸(岸坡再造)是影响三峡水库移民工程安全的重大地质灾害问题.本文在分析三峡库区塌岸特征的基础上,总结了近期库区塌岸治理工程的若干关键技术问题,论述了三峡库区塌岸预测方法.以兴山县高阳镇库岸治理工程为例,介绍了岸坡稳定性分析、岸坡再造范围预测、库岸稳定性分区和工程治理方案论证的方法、步骤和具体内容.     

福建水口库区塌岸现状及滑坡涌浪预测

在水口库区塌岸现状调查基础上,通过塌岸强度的划分对比,对塌岸的发育和分布规律进行探讨,对塌岸危害性进行分析,最后对水库滑坡涌浪最大波高进行预测。     

库区塌岸空间信息管理系统构建

以ArcGIS为平台，扩展其专业功能，建立一套集库区塌岸预测与防治有关的基本信息采集、信息管理、预测评价，以及塌岸防治工程决策于一体的“库区塌岸信息管理系统及防治决策支持系统”。建立起库区各数据库和各库岸段的塌岸模式数据库，结合典型塌岸防治实例、专家经验、专家知识，建立塌岸防治决策支持系统，为库区塌岸防治工程的宏观决策提供技术支撑，同时也可对重大灾情进行及时预警预报提供数据支撑。     

落石冲击下预应力加筋土路堤变形及荷载传递机制

针对偏远山区素填土公路在落石冲击下易产生大面积凹陷破坏的问题,提出运用预应力加筋土路堤解决的方法。为了探究预应力加筋土路堤在落石冲击下的变形性能、力学响应规律和荷载传递机制,设计并实施了落石冲击作用下预应力加筋土路堤和素填土路堤对比模型试验。试验发现：预应力加筋土路堤中形成的凹坑尺寸明显小于素填土路堤,体现了预应力加筋土路堤良好的抗冲击变形性能;随着冲击次数的增加,路堤刚度逐渐增加,导致路堤内部冲击附加应力时程曲线逐渐由“抛物线型单峰”转变为“双峰”分布,且预应力加筋土路堤工况中“双峰”的出现早于素填土路堤;落石在预应力加筋土路堤中的冲击力持续作用时间小于其在素填土路堤中的持续作用时间,且分布更趋均匀,更有利于冲击荷载的扩散;随着冲击次数的增加,预应力加筋土路堤内部冲击力传递率呈先增加后减小的变化趋势,与筋材变形规律一致。结合Levenberg-Marquardt优化算法得到了关于凹坑尺寸和冲击次数的预测方法,可为预应力加筋土路堤在崩塌灾害多发地区的工程应用提供借鉴,为工程预警提供参考。     

岩溶土洞稳定临界深度的初步研究

在岩溶土洞发育地区进行工程建设时需要确定土洞是否会发展成地面塌陷和对工程结构物稳定性有影响,分析表明土洞临界深度可作为评价土洞稳定和加固深度的依据。本文采用有限元分析方法,以土洞塑性区贯通至地面或路基表面作为土洞发展成地面塌陷和临界深度的标准。研究表明,土洞的临界深度与土洞形状、土洞尺寸、位置和路基填土厚度有关;土洞断面形状为圆形时临界深度最小,土洞尺寸越大,路基填土越厚,相应土洞临界深度越大。      

青藏铁路普通路基下部冻土变化分析

高温高含冰量冻土地区,青藏铁路采取了冷却路基、降低多年冻土温度的工程措施.然而青藏铁路仍有大量路段未采用任何工程措施,因此修筑普通路基后冻土变化也是普遍关心的问题.根据青藏铁路普通路基下部土体温度监测的近期结果,分析了季节冻土区、已退化多年冻土区和多年冻土区路基下部冻土变化特征.结果表明,不同区域修筑普通路基,其下部土体温度、最大季节冻结深度、多年冻土上限等存在较大的差异.在季节冻土和已退化多年冻土区,右路肩下部(阴坡)已形成冻土隔年层;在多年冻土强烈退化区,其路基下部形成融化夹层;在高温多年冻土区,其路基下部上限存在抬升和下降,上限附近土体温度有升高的趋势.在低温多年冻土区,其路基下部上限全部抬升,上限附近土体存在"冷量"积累,有利于路基下部多年冻土热稳定性.因此,低温多年冻土区修筑普通路基后,冻土变化基本是向着有利于路基稳定性的方向发展,在其它地段修筑普通路基,冻土变化是向着不利于路基稳定性的方向发展的.特别是阴阳坡太阳辐射差异,导致了土体热状态和多年冻土上限形态产生较大的差异,这种差异将会对路基稳定性产生一定的影响.     

基于单孔热响应测试的地下水渗流场评价——以扬中指南村崩岸场地为例

我国具有十分发达的水系,防洪减灾形势依旧严峻,需要不断提高堤防安全监控水平。堤防渗流场是影响堤防安全的关键因素,因此开展渗流场特征识别是保障堤防安全的重要前提。为弥补常规渗流场监测技术的不足,本文基于主动加热光纤热响应测试(Actively Heated Fiber Optics Based Thermal Response Test,ATRT),以“长江第一崩”扬中指南村崩岸场地为例,开展了单孔热响应测试研究,初步探索了堤防渗流场精细化评价方法。结果表明:(1)ATRT得到的高时空分辨率(时间采样间隔30 s,空间采样间隔0.41 m)光缆温度响应数据,可以用于识别不同地层中的地下水流速差异;(2)研究场地内埋深较浅的粉细砂层和埋深较深的砾砂层中的地下水渗流具有不同的演变规律;(3)指南村崩岸场地内地下水渗流场与地表水具有一定的联系,地下水流速整体表现出“近岸大,离岸小”的特点,这是指南村崩岸灾害的潜在诱因之一。研究结果初步验证了ATRT在评价堤防渗流场特征的可行性。该方法基于单个钻孔即可获得高时空分辨率的地下水渗流场分布特征,在堤防渗流场评价中具有较强的应用潜力。     

长江宜都河段茶店崩岸机理与防治研究

崩岸是长江汛期大堤最严重险情。 1998年长江特大洪水后期 ,宜都河段茶店岸坡崩岸直接威胁长江大堤安全。本文分析了长江宜都河段的环境地质条件 ,宜都河段河流地质作用的基本特征。系统研究了茶店崩岸的形成机制及稳定性分析 ,最后提出了岸坡崩岸防治措施。     

Centrifuge study on behavior of rigid pile composite foundation under embankment in soft soil

The rigid pile composite foundation is widely used in highway projects in soft soil area as it can effectively increase the bearing capacity and stability of the foundation. While the research on the behavior and failure mode of rigid pile composite foundation under embankment is not enough, instability failure of rigid pile composite foundation often occurs in practical projects. This paper presents a centrifuge model test to investigate the load transfer mechanism, settlement characteristic and failure mode of rigid pile composite foundation under embankment. The test results show that: the soil displacement of different region in rigid pile composite foundation was different, obvious vertical displacement occurred in the soil under the center of embankment and the horizontal displacement was very small in this region; both vertical and horizontal displacement occurred in the soil under the shoulder of embankment; and obvious horizontal displacement occurred in the soil under the slope toe of embankment; moreover, ground heave also occurred near the slope toe of embankment. The soil displacement in rigid pile composite foundation had a large influence on the stress characteristic and failure mode of rigid piles, the compressive failure and bending failure would probably occur for the piles under the center and shoulder of the embankment, respectively, and the tension-bending failure would probably occur for the piles under the slope toe of embankment. The different failure modes of piles at different regions should be considered in the design of rigid pile composite foundation under embankment. The test results can be used to improve the design method for rigid pile composite foundation under embankment in practical projects.

     

长江漫滩低路堤基底浅层固化层工作性状数值分析

低路堤可以节约不可再生的土地资源, 浅层固化处置是低路堤软基处理科学、经济的方法。采用现场孔隙水压力静力触探（CPTU）对长江河漫滩相典型非均质性天然沉积软土层进行原位试验。应用二维有限差分方法对平面应变条件路堤荷载作用下有无浅层固化层的软土地基固结排水与沉降进行了仿真模拟,并应用三维有限差分方法对路面车辆重载作用下有无浅层固化层的路基及基底变形进行了三维数值仿真。结果表明：地基浅层固化层的设置改变了地基应力场的分布,通过应力扩散作用减小地基土体的附加应力,进而减小了地基土体的沉降量。基底固化层通过增强路基基底的刚度来增强路基的整体刚度,减小路基的变形,提高路基整体稳定性。     

受空洞坍塌影响的加筋路基研究综述

工程上常利用水平加筋法来预防或延迟因受交通荷载和地下水等因素导致空洞坍塌而引起的临近道路的突发性破坏,起到破坏预警作用;但加筋体界面特性与作用机制相当复杂,下伏空洞加筋路基缺少完善的设计方法。通过总结国内外已有文献的研究成果,重点阐述了受空洞坍塌影响的加筋路基-路堤力学机制与作用机制,包括对路堤填土滑移面的定义、层间土拱效应、加筋体拉膜效应、塌陷区上覆填土膨胀、锚固区筋土界面摩擦及过渡区加筋体张拉力折减等方面;总结了空洞区加筋路基已有的设计方法,并进行了对比与讨论。结果表明,已有成果对受空洞坍塌影响的加筋路基-路堤荷载传递机制、渐进性破坏演变机制、沉降计算、极限承载力与稳定性问题等方面的研究仍显不足,针对加筋体上方荷载分布形式仍未形成定论,现有设计方法过于保守,并指明了进一步的研究建议,可为今后研究提供方向和参考。     

Numerical simulation of flow processes in liquefied soils using a soil–water-coupled smoothed particle hydrodynamics method

Liquefaction can result in the damage or collapse of structures during an earthquake and can therefore be a great threat to life and property. Many site investigations of liquefaction disasters are needed to study the large-scale deformation and flow mechanisms of liquefied soils that can be used for performance assessments and infrastructure improvement. To overcome the disadvantages of traditional flow analysis methods for liquefied soils, a soil–water-coupled smoothed particle hydrodynamics (SPH) modeling method was developed to analyze flow in liquefied soils. In the proposed SPH method, water and soil were simulated as different layers, while permeability, porosity, and interaction forces could be combined to model water-saturated porous media. A simple shear test was simulated using the SPH method with an elastic model to verify its application to solid phase materials. Subsequently, the applicability of the proposed SPH modeling method to the simulation of interaction forces between water and soil was verified by a falling-head permeability test. The coupled SPH method produced good simulations for both the simple shear and falling-head permeability tests. Using a fit-for-purpose experimental apparatus, a physical flow model test of liquefied sand has been designed and conducted. To complement the physical test, a numerical simulation has been undertaken based on the soil–water-coupled SPH method. The numerical results correspond well with the physical model test results in observed configurations and velocity vectors. An embankment failure in northern Sweden was selected so that the application of the soil–water-coupled SPH method could be extended to an actual example of liquefaction. The coupled SPH method simulated the embankment failure with the site investigation well. They have also estimated horizontal displacements and velocities, which can be used to greatly improve the seismic safety of structures.     

排水措施对黄河堤防淤背体排水效果试验研究

选择水平盲沟、土工席垫及水平和竖向PVC渗管3种排水方案,在黄河山东东明某堤段淤背体冲填施工中进行排水效果试验。通过埋设在淤区内的地下水位观测点,得到淤区内地下水位与时间的变化规律。试验结果表明,采取一定的排水措施能加速淤区土体的固结,但排水效果与排水方案有关;土工席垫排水与水平盲沟排水效果相差不大,且排水效果与淤土厚度有关,3 m左右淤土厚度设置一层水平排水盲沟或土工席垫,其排水效果较好;淤土厚度增加,其排水效果变差;但两者均不能有效防止横向围堤坍塌。采用水平和竖向PVC渗管方案,其排水效果好,特别是设置了竖向PVC渗管,能有效防止横向围堤坍塌。试验成果为黄河放淤固堤工程加速淤背体排水固结设计及施工提供参考。