基于线黏弹性接触的落石冲击地面参量理论研究

落石与坡面或者防护结构接触过程中冲击参量随时间变化特征是描述落石碰撞过程的重要指标,对于揭示落石与坡面相互作用机制以及采取合理的防护措施具有重要的意义。在现有的相关设计规范中,并没有给出关于落石冲击力时程关系的计算方法,仅参照有关规范或经验方法确定一个落石最大冲击力值。为此,首先基于线黏弹性接触理论,建立落石冲击地面力学模型,根据位移-速度组合初始条件以及速度-加速度组合初始条件分别推导得到两种落石冲击特征参量理论解析解;然后基于 ANSYS/LS-DYNA 非线性动力学软件,建立落石冲击地面三维数值模型,研究球体落石冲击地面力学特点;最后将理论结果对比室内试验和已有的研究成果,得出以下结论：（1）Hertz 弹性接触理论结果中各参量变化在加载阶段和恢复阶段均呈现对称的趋势,速度、加速度初始条件下的落石冲击特征参量和动力有限元法非常接近,而位移-速度初始条件组合并不适用于研究落石冲击下的动力特征;（2）不同速度和下落高度下,落石最大冲击力值随落石下落高度和冲击速度的增大而增加,而落石冲击作用时间随下落高度和冲击速度的增加而减小;（3）计算结果得到的落石最大冲击力以及落石冲击作用时间与室内试验结果和已有成果相接近,相比室内试验和有限元结果的震荡性,此结果更能体现落石冲击力变化规律; （4）多种冲击速度下,对比不同方法得到的落石最大冲击力,可知计算结果均在各种冲击力计算结果的范围内,具有很好的可靠性。考虑到现有研究理论的不足,难以求解落石冲击力时程关系,求解结果丰富了落石碰撞理论,可以指导工程有关落石灾害的防护设计。     

落石冲击棚洞结构冲切特性研究

落石是一种严重的山区地质灾害,而棚洞作为主要防护落石的工程措施之一,研究落石冲击下棚洞结构动力响应特征具有重要的现实意义。以经典Hertz理论为基础,假设落石为球形刚性体,棚洞结构为梁结构,建立落石冲击力学模型,理论推导得到不同尺寸落石以不同速度冲击不同厚度砂土垫层材料下棚洞板的最大冲击力计算公式,并得出不同工况下棚洞板被冲切破坏时落石的极限冲切速度,结果表明：总体上,落石对棚洞板的冲击力随垫层厚度增加而减小,但垫层厚度不能无限增加,过厚的垫层自重较大,使棚洞板受力较大,垫层材料厚度在0.5～1.5 m厚之间较为合理;落石尺寸和冲击速度越大,棚洞板受力越大,有限厚度的垫层材料只能承受一定限度的冲击能量,当冲击能量超过垫层材料的极限承受强度时,垫层不再耗散能量;分析棚洞板冲切破坏条件可知,无垫层时,很小的落石冲击速度使棚洞发生破坏,可见,合理的垫层厚度对防治落石具有重要意义。     

非饱和渗流对滑坡稳定性的影响研究

库水位下降对滑坡的稳定性具有较大影响。提出了土水特征曲线的多项式约束优化模型和一种新的溢出面边界条件约束函数,并用ANSYS的APDL语言编制了饱和－非饱和渗流程序。以赵树岭滑坡为例,首先利用核磁共振（NMR）技术和钻孔资料建立该滑坡的物理模型,然后模拟了长江水位以不同速度从175 m下降到145 m时该滑坡的渗流场,对每种工况不同时刻的滑坡稳定性进行了计算。实例分析结果表明,库水位下降过程中稳定性系数会出现极小值,库水位下降速度越大,稳定性系数极小值越小,出现极小值的时刻也越早。     

挡土墙土体复合破裂面主动土压力分析

基于普朗德尔-瑞斯纳课题认为,挡土墙土体破裂面是由对数螺线与直线组成的复合滑动面的结论,采用极限平衡法和约束优化相结合的方法,重新推导了主动土压力及其合力和作用点高度的计算公式。在此基础上分析了主动土压力在纵向的分布特征,并讨论了主要参数对破裂面、主动土压力及其合力和作用点的影响。     

非均一性斜坡落石运动轨迹

现有的落石运动轨迹研究均将斜坡视为半无限均匀的坡面,而实际的工况下,坡面由不均一材料组成。根据落石不同的运动模式,将坡面简化为多层岩土体材料的结构形式,在滚动阶段,基于Hertz接触理论得到落石在不同坡面条件下运动特征,并给出坡面分层条件下落石切向摩擦系数的计算公式,在碰撞阶段,基于能量守恒定理,采用准静态接触力学理论得到法向恢复系数公式,理论推导得到任意层厚岩土体材料坡面条件下落石法向和切向恢复系数的解析解,然后求解得到碰撞后落石运动参数,并根据碰撞后落石的速度及回弹量关系,给出碰撞后落石运动模式转换的判别条件,最后结合运动学定理,得到3种运动模式任意分层坡面条件落石的运动轨迹,将理论公式应用于某山区落石运动轨迹预测,验证了理论公式的适用性和有效性。      

基于演化过程的互层斜坡深层倾倒稳定性评价

互层倾倒是一类典型的深层倾倒模式,为准确评价其稳定性,开展互层倾倒的工程地质特性及稳定性评 价研究.以雅砻江上游发育的深层倾倒体为典型实例,利用基于演化过程的研究方法,在构建倾倒体工程地质模 型的基础上,从变形过程和演化阶段上定量评价斜坡整体稳定性.研究表明:互层倾倒是由块体倾覆和板梁弯曲 形成的复合倾倒模式,即:硬岩发生块状－弯曲倾倒,而软岩发生弯曲倾倒;空间上,一个发育完备的倾倒体可划 分为:滑动区(A 区)、强倾倒区(B区)、弱倾倒区(C区)以及原岩区(D区).基于实测数据提出的斜坡倾倒定量描 述体系,可以作为岩体倾倒变形识别和变形程度分级的基本依据;时间上,互层倾倒演化过程主要经历４个演化 阶段:卸荷回弹陡倾拉裂面阶段,初始变形阶段,板梁根部折断、剪切面贯通阶段以及破坏阶段,并最终转化为蠕 滑－拉裂模式形成滑坡.该滑动面受强变形岩体中倾向坡外结构面控制,而并非沿最大弯折带发育;滑动区(A 区)的出现意ζ着斜坡最终破坏的发生,对应于演化的第三阶段,为斜坡的极限平衡状态,稳定性系数介于１．０~ １．０５之间.基于演化过程的评价方法,能有效解决互层倾倒稳定性评价问题.      

仙宇屯景区危岩体稳定性分析及治理措施

为保障景区游客及旅游设施的安全,本文运用无人机遥感航空拍摄,生成实景三维立体模型,宏观分析危岩体的破坏模式。基于三维激光扫描技术,对仙宇屯东南面和西南面危岩带进行精准量测,获取危岩体几何尺寸、结构面产状、方量等崩塌参数,对危岩体的稳定性进行定性评价。结果表明,天然工况下,仙宇屯两处危岩处于稳定状态;暴雨工况下,处于不稳定状态。因危岩体与旅游栈道形成垂直威胁,分析计算采用长廊式的板棚治理措施以达到融入自然生态环境目的。     

高速远程崩滑及其形成条件初探

高速远程崩滑所造成的地质灾害极为严重,波及范围大,早已引起国内外工程技术人员的关注.2008年5·12汶川8级地震所诱发的崩塌和滑坡数以万计,其中高速远程崩滑数量虽不多,但是灾害严重.与一般崩塌和滑坡相比,高速远程崩滑的形成条件究竟有何差异？为了预测高速远程崩滑灾害的严重性和波及范围,以便为国土规划和防治对策设计提供依...     

岩体节理体积频率的计算方法及工程应用

利用Monte-Carlo原理进行三维结构面网络模拟是研究岩体内节理面发育规律最常用的技术手段,节理体积频率(v)则是影响结构面网络模拟正确与否的关键参数之一,需要根据野外实测节理线频率()进行换算。利用三维结构面网络模拟程序,提出了基于线频率反演节理体积频率的新思路。首先赋给某组节理一个初始体积频率,利用三维结构面网络模拟程序,生成只包含该组节理的三维网络模型样本,计算此模型中该组节理在测线方向上的线频率,不同体积频率(v)对应不同线频率(),进而可建立两者的函数关系,最后将测线方向上该组节理的线频率带入该函数即可确定其体积频率。以贵州省息烽县鱼简河水库坝址区岩体为例,按照上述思路根据测线法统计数据计算了节理体积频率,结果表明v与之间呈现出高度的线性关系。当节理圆盘半径服从对数正态分布时,v与max 的比值约为0.4~1.0,而当节理圆盘半径服从负指数分布时,v与max 的比值约为1.3~3.5。最后依据《工程岩体分级标准(GB50218-94)》 表3.3.1、 表3.4.3和 表3.4.4,分别基于线频率和体积频率对鱼简河水库坝肩岩体完整性进行了评价,结果表明,后者评价结果的可信度比前者高。     

地基沉降预测模型和方法研究

地基沉降预测是岩土体稳定性研究的一项重要任务。基于邓英尔和Gompertz等已有预测模型的特点,提出一种新的地基沉降预测模型——邓英尔-Gompertz曲线模型,并提出了求解此类模型的新方法——规划求解法,解决多变量非线性方程的极值问题;同时探讨了测量点数目及其所处阶段对预测精度的影响,即:测量点越多预测效果越好。测量点处于发生阶段时预测结果一般偏小;测量点达到发展阶段时预测结果一般偏大;测量点达到成熟阶段时预测结果与预测模型、工程沉降特点有关;测量点达到极限阶段时预测结果符合实际情况。实例分析结果表明:与邓英尔、Gompertz等模型相比,新模型预测的结果更准确。