岩质边坡锚固参数正交优化分析及应用

岩质边坡防护的最有效措施就是锚固工程。然而锚固参数(包括锚杆或锚索长度、锚固间距、预应力大小等)的选取至今在理论上未能很好解决,在实际工程中也未体现出合理的优化设计。以云沱段狮子包边坡2-2′剖面(K0 85.7 m)为例,运用正交试验设计法分析锚固参数的组合方案,以边坡稳定性系数作为评价指标,分别改变锚固参数,以此分析对边坡稳定性的影响。研究结果表明,对边坡稳定性影响显著的因素由大至小的顺序是:预应力大小、锚固间距、锚杆长度。以此研究结果为该实例的锚固支护参数选取确定了设计方案,最后采用有限差分程序FLAC3D进行了锚固效果数值分析验证。     

冰碛物滑坡中的锚固工程试验

冰碛为冰川搬运和堆积的松散物质,发育在其上的公路滑坡较为少见,缺少相关经验与试验数据。作者考察研究了国内外关于堆积层滑坡的治理现状,结合锚固工程界专家提出的锚固工程研究方向,在现场贴片锚固试验的基础上,对发育在冰碛物上的滑坡体锚固工程进行了专题研究,综合考虑不同锚索型式、不同锚索锚固段长度、不同张拉吨位对锚索锚固段应力分布规律的影响,得出了适用于冰碛物滑坡的锚固试验结论,经过综合比选推荐了一种适用的锚索锚固型式。并结合试验结果通过有限元试算,提出了适宜的建模边界条件。     

拉力分散型锚索在边坡二次加固中的应用

一些边坡治理后由于工程加载、雨水入渗以及地震等影响,局部会出现新的变形破坏,需要根据边坡和治理工程结构的变形情况进行二次加固(补强加固).以拉力分散型锚索为例,首先分析其结构特征及优越性.考虑松散地层的软化特性,借助剪滞理论分析模型给出拉力分散型锚索锚固段上灌浆体与锚固岩层界面剪应力的计算公式,在此基础上,对一公路边坡二次加固中采用的拉力分散锚索锚固段荷载分布进行了分析和讨论.实例分析和监测结果表明,拉力分散型锚索锚固段荷载分布更为合理,有助于维护锚固体系的预应力水平.拉力分散型锚索用于边坡二次加固具有广泛的应用前景.     

锚固技术在岩土工程中的应用及作用机理分析

岩土工程的数量和范围都在扩大,相关领域也迎来了新的发展机遇。为了保证岩土工程的建设质量,需要提升工程中技术的实施质量,锚固技术作为岩土工程中采用的重要技术类型,应当强化锚固技术的使用效果。锚固技术可以减少岩土工程发生地质灾害的几率,提高岩土工程的稳定性,对岩土体的应力状态进行转变,为岩土层的结构提供支撑。目前锚固技术的应用极其广泛,本文对锚固技术的工作原理、技术分类、锚杆分类进行了深入分析,并讨论了锚固技术的具体应用要点,力求可以提高岩土工程的建设质量。     

应用于滑坡的拉力型锚索失效机理

拉力型锚索常用于公路边坡支护工程中,在进行锚固体的结构设计时,注浆体与岩石粘结界面的强度往往被高度关注.在广泛调研西南山区失稳破坏的公路边坡时发现,拉力型锚索最为薄弱的部位并非注浆体与岩石粘结界面.因此,设计11种不同配合比的注浆体,将80根拉力型锚索锚固在软岩及硬岩中,采用拉拔试验对锚索的破坏模式进行研究.结果表明:拉力型锚索常见的破坏模式是钢绞线与注浆体之间的脱粘破坏.选择合理的力学计算模型,获得内锚固段两个粘结界面的应力分布弹性解,分析表明:钢绞线与注浆体粘结界面的峰值应力位于锚孔孔口处,应力分布不均匀程度高,致使孔口处的钢绞线注浆体粘结界面首先发生脱粘破坏,脱粘界面以渐进的方式向内锚固段末端传递,最终导致钢绞线从注浆体中旋转拔出.建议上述研究成果在以后的规范修订和锚固工程设计时引起足够的重视.最后,给出了一个钢绞线与注浆体脱粘破坏的工程实例.     

三处滑坡工后锚索承载性能现场试验对比分析

工后边(滑)坡预应力锚固工程的长期工作性能是影响锚固工程安全性的一个关键问题。通过一种改进的拉拔检测设备,对重庆三处滑坡工后锚索结构进行了锚索抗拔力检测。通过对各工点检测结果的分析,对各工点锚索结构物当前预应力状态,预应力损失率,锚索安全储备进行了科学判定,为补强整治提供依据。对比分析了造成三处滑坡预应力损失差别较大的原因,岩体蠕变变形及锚索的松弛耦合变形是导致工后锚索预应力损失的主要原因,对于过于松散破碎或含水量较大的滑坡体尽量避免采用预应力锚索结构。通过对比分析各工点工后锚固工程的应力状态及锚索破坏方式表明,锚固段破坏是引起锚固工程失效的主要方式之一,今后锚索工程施工时,应重点注意锚索的长度及注浆等施工质量。对于大型的边(滑)坡中的预应力锚固工程建议安装锚索测力设备,以便时掌握预应力损失情况,及时进行补张拉,防患于未然;对于未安装锚索测力设备的,建议封锚时,预留钢绞线长度大于5 cm,以便工后进行拉拔检测试验。此种改进的拉拔检测设备具有简单、实用、易操作等特点,值得在工后岩土锚固工程长期性能评价领域推广应用。     

风沙过渡区土地生态价值及生态风险动态研究——以陕北神木县为例

以数字高程、遥感影像资料为依据,运用地学信息图谱研究方法,在RS和GIS的支持下分析了神木县1985—2000年土地利用、生态服务价值及土地生态风险指数变化的坡度分异特征。结果表明:①神木县草地、耕地、建设用地面积增加,其增幅最大值分别在0°~3°、3°~8°、0°~3°段,增量最大的是草地,增长最快的是建设用地;未利用地及林地面积减少,其减幅最大值分别在0°~3°、>25°段。②研究区土地利用类型变动面积占总面积的8.95%,未利用地向草地转化占总变动量83.92%,0°~15°段又包含了该变化量的96.32%;全区总变化量的92.66%集中在0°~15°段。③研究区生态系统服务价值总量增加了122.31×106元,增幅为7.17%;其中,草地服务价值增量占总增量的90.65%,0°~15°段集中了其价值增量的94.89%。④生态服务价值与生态风险的研究结果相互印证,环境改善的结论可信。     

青藏高原东北部观赏地被植物马蔺根系固土护坡效应研究

为了进一步丰富青藏高原东北部地区植被护坡工程植物选择,推动区内植被护坡工程实用性和观赏性兼顾发展。该项研究以青藏高原东北部观赏地被植物马蔺为研究对象,以青海省大通县朔北藏族乡至东峡镇之间区域为研究区,在野外植物分布特征和生长特征调查的基础上,结合单根拉伸试验和重塑根-土复合体三轴压缩试验,定量评价了野生马蔺植株和根系生长特征、单根抗拉特性以及根系对土体抗剪强度的增强效应。试验结果表明：马蔺主要分布在研究区内洪积扇、坡积裙和河漫滩等地貌单元,立地条件包括上述地貌单元内的林下坡地、田间、道旁、湿地、荒地等;通过选取两处试验区开展调查可知,马蔺平均株高、冠幅和植株密度分别为75.22±11.40 cm、106.09±25.62 cm和1.51±0.55 株/m2;马蔺标准株根系分布深度可达50 cm,主要分布在0~30 cm深度范围内,根幅约40~50 cm;马蔺根径为0.20～0.70 mm,单根抗拉力、抗拉强度和延伸率平均值分别为7.94±2.91 N,46.30± 11.06 MPa和54.17%±17.08%,随着根径的增大,单根抗拉力和单根抗拉强度分别呈幂函数增大和幂函数降低关系,单根极限延伸率随着根径的增大呈逐渐增大变化趋势,但二者之间未表现出相对显著性的关系;马蔺根系对土体黏聚力和内摩擦角均有增强作用,可分别显著增强0~30 cm和0~10 cm深度范围内土体黏聚力和内摩擦角,且对土体黏聚力的增强作用较为显著。该项研究成果对于选用观赏地被植物马蔺进行研究区坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象的生态防护工作,具有理论研究价值和实际指导意义。     

马蔺根系固土护坡效应研究

研究以青藏高原东北部观赏地被植物马蔺为研究对象,通过野外调查和材料力学、土力学试验,定量评价了野生马蔺植株和根系生长特征、单根抗拉特性以及根系对土体抗剪强度的增强效应。结果表明,马蔺平均株高、冠幅和植株密度分别为(75.22±11.40)cm、(106.09±25.62)cm和(1.51±0.55)株/m²;马蔺标准株根系分布深度可达50 cm,主要分布在0~30 cm深度范围内,根幅约40~50 cm。马蔺根径为0.20～0.70 mm,单根抗拉力、抗拉强度和延伸率平均值分别为(7.94±2.91)N,(46.30±11.06)MPa和54.17%±17.08%。随着根径的增大,单根抗拉力和单根抗拉强度分别呈幂函数增大和幂函数降低趋势,单根极限延伸率随着根径的增大呈逐渐增大变化趋势,但二者之间未表现出相对显著性的关系。马蔺根系对土体黏聚力和内摩擦角均有增强作用,可分别显著增强0~30 cm和0~10 cm深度范围内土体黏聚力和内摩擦角,增长率分别为9.48%~17.40%和7.62%。本文研究成果对马蔺用于坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象的生态防护工作,具有实际指导意义。     

无泥型软弱层带饱水前后强度特性现场试验

针对以粗粒土为代表的软弱层带在水电、铁路等交通领域对边坡及洞室围岩稳定性的控制,结合某水电工程坝区,分别对岩块岩屑型和岩屑夹泥型两种软弱夹层,在考虑一定围压作用下进行了天然含水状态和饱水状态的现场直剪试验.结果显示,剪应力-剪切位移曲线饱水前、后均呈现出微弱的峰值,整体均表现为塑性破坏特征,饱水前、后发生屈服前的剪切位移分别为5 mm和10 mm以内.在强度参数上,两类夹层饱水前、后峰值强度内摩擦系数降低幅度一般在8%～10%,残余强度一般降低5%以内.表明以粗粒土为代表的软弱层带由于细粒(＜0.075 mm)物质少,细粒起不到包裹粗颗粒而作为润滑作用,同时因围压效应,饱水对其强度参数的影响有限,因此不同含水状态对该类软弱层带内摩擦角和内聚力均无显著影响,其强度参数主要还是取决于夹层本身的颗粒成分.     

黑河干流正义峡-狼心山段河道渗漏量计算及模拟

综合考虑来水条件和渗漏容量,利用平均水面宽度与渗漏率的乘积求得单位长度渗漏量,采用水面宽度的变化表征渗漏面随水流起伏变化,建立了黑河正义峡-狼心山段河道渗漏模型,模拟了2005-2013年河段渗漏量变化;并以此建立了河道前期过水和未过水条件下正义峡流量和正义峡-狼心山段渗漏量之间的关系。结果表明：（1）强烈渗漏条件下天然河道水流演进模型对正义峡-狼心山段渗漏模拟效果较好,总体误差小于5%;（2）模型模拟的2005-2013年年均渗漏量为2.69×10⁸ m³,与以水量平衡计算的年均2.84×10⁸ m³大致相当,绝对误差为0.15×10⁸ m³,表明模型模拟的结果较好;（3）正义峡流量和正义峡-狼心山段河道渗漏量呈显著的指数关系,实际调度工作中,可利用该模型计算渗漏量并预测下游的来水过程。     

兰新高铁大风区风况特征及防风工程设计分区

兰新高铁是世界上穿越最长风区、防风工程规模最大的铁路。大风严重威胁高铁的运营安全,查明兰新高铁沿线大风分布特征及危害特性极为重要和迫切。利用气候分析、天气诊断及实测校验等方法,结合兰新高铁沿线大风观测资料,找出了微地貌、特定气候导致的局部特大风速区段,确定了沿线大风风速、风向在平面、剖面方向的时空变化规律。基于地形、风力、大风频率及危害程度,将兰新高铁线路划分为五大风区的防风工程设计分区,即：大风极少区、大风低发区、大风一般区、大风易发区和大风频繁区。大风区线路应以降高度、小夹角、大半径为主要选线原则。防风工程的设计,应以大风工程分区为基础,评估不同工程风区环境下的列车安全特性,建立以大风工程分区匹配为主导,适合不同风区,结合设置条件的系统工程对策。     

栅格化属性精度损失的评估方法及其尺度效应分析——以四川省1:25 万土地覆被数据为例

选择在600 m~30 km 16 个尺度上,在ArcGIS 中利用常用的面积最大值法(Rule ofMaximum Area,RMA) 对2005 年四川省1:25 万土地覆被矢量数据进行栅格化,并采用两种属性精度损失评估方法：传统的常规分析方法和一种新的基于栅格单元分析方法,来对比分析在这两种评估方法下RMA栅格化的属性(这里是指面积) 精度损失随尺度的变化特征。结果表明：(1) 在同一尺度下采用基于栅格单元方法分析所得的研究区平均属性精度损失大于常规分析方法分析得到的平均属性精度损失,且二者之间的差异在1~10 km内很明显,当栅格单元大于10km时,两种方法得到的平均属性精度损失的差值稳定,且其随尺度的变化曲线趋于平行;(2) 基于栅格单元分析方法不仅能够准确地定量估计RMA栅格化的属性精度损失,而且能客观地反映属性精度损失的空间分布规律;(3) 对四川省1:25 万土地覆被数据进行面积最大值法(RMA)栅格化的适宜尺度域最好不要超过800 m,在该尺度域内数据工作量适宜,且RMA栅格化属性精度损失小于2.5%。     

甘宁蒙陕农牧交错区的水资源及节水研究

甘宁蒙陕农牧交错区干旱缺水,黄河是惟一的过境河流和水源,但河水资源在该区已开发,利用过度,已造成了断流灾害和一系列重大环境问题。"南水北调"西域工程调入黄河的水量,主要是保证黄河流域社会经济结构调整和生态环境保护重建的需水,水源分配也基本上未考虑农业用水(兰州-河口镇段只安排了2亿m³农业用水)。显而易见,该区水资源的利用,主要是节水。尤其在甘宁蒙陕农牧交错区建成的几处扬黄灌区,普遍存在重开源轻节流,重骨干工程轻田间配套工程建设,重工程轻管理的思想,起点低工程不配套,水资源浪费损失严重,利用率低。     

干湿循环作用下加砂对红土抗剪强度及微结构特性的影响

本文通过直剪试验、干湿循环试验和数理统计分析相结合的方法,研究干湿循环条件下,加砂比例变化对云南红土抗剪强度及微结构特性的影响,为云南红土在实际工程中的应用提供参考。结果表明:(1)当干湿循环次数一定时,随加砂比例的增大,红土内摩擦角非线性增加,黏聚力非线性减小;抗剪强度呈减小-增大-减小的波动变化趋势,且在加砂比例约10%左右存在极大值。(2)当加砂比例分别为0、5%、10%和15%时,随干湿循环次数的增加,红土内摩擦角降幅依次为22.8%、30.9%、19.9%、32.6%;黏聚力降幅依次为26.6%、29.2%、17.3%、37.7%;抗剪强度降幅依次为:23.6%、25.6%、18.7%、28.2%。红土颗粒数量降幅依次为35.7%、28.1%、22.7%、20%;孔隙率增幅依次为40.4%、36.5%、28.9%、23.6%;孔隙面积增幅依次为50.8%、42.9%、35.5%、30.7%。(3)干湿循环与加砂会改变红土微结构,其中定向度与定向分维数两个微结构参数与红土黏聚力的变化关系较为紧密;平均圆形度、孔隙面积、孔隙率等微结构参数对内摩擦角的影响较为显著。这些微结构参数与红土黏聚力和内摩擦角均为负相关,相关系数最高为-0.972,最低为-0.928。干湿循环、加砂比例对红土微结构及抗剪强度有显著影响。     

腾格里沙漠西南缘植被季节变化及风沙活动

腾格里沙漠西南缘沙区,3种植被条件下的盖度四季波动情况为:在林带背风面封育区25.89%~35.35%,封育区19.4%~29.39%,流沙区11.39%~16.05%之间; 各季节植被盖度表现为秋季＞夏季＞春季＞冬季,其中,流沙区植被盖度春季增幅最大,旱季降幅最小,而林带背风面封育区则雨季增幅最显著,封育区次之。流沙区草本植物株（丛）数比例从春季开始近似线性增加,旱季变缓,雨季又有所增加,8月底至9月上旬达最大值,灌木植物比例则相反;封育区和林带背风面封育区草本植物株（丛）数比例变化相似,均为春季迅速上升,旱季下降,雨季显著增加,9月底达最大值,灌木植物相反。流沙区因植被稀疏,牲畜采踏,植被难恢复,裸露地面风沙流活动强烈,沙丘前移;封育区植被盖度较大,形成了比较稳定的自然生态植被区域;林带背风面封育区则在多层防护林防护下,区域内风速低,植被盖度大,枯枝落叶多,普遍有1~1.5 mm厚的结皮,形成了更加稳定的生态环境。试验研究表明：在当地降水条件下,只要在沙漠边缘建立足够的封育区,禁止或减少人为活动,自然植被恢复,可大大降低风沙活动,遏制沙漠前移,实现当地的生态可持续发展。     

近50年杭—嘉—湖平原水系时空变化

基于1960s、1980s和2000s地形图水系数据,采用河网密度、水面率、河网发育系数、干流面积长度比和盒维数等指标,对杭嘉湖地区近50年水系空间分布和时间演化进行了研究。结果表明:(1)杭嘉湖地区1960s-2000s期间水系长度和面积呈衰减趋势。近50年河流长度减少了11023.33 km,衰减了38.67%,水面积减小了151.58 km2,衰减了18.83%,且这种趋势在加剧;(2)支流发育系数呈下降的趋势,河网随着城市化的发展逐渐主干化。1960s二级支流发育系数为1.41,至1980s下降到1.35,下降了3.9%;1980s-2000s期间急剧下降至0.15,下降了88.6%;(3)水系变化的空间差异明显,河网密集的南部区水系衰减最为剧烈;(4)在不同下垫面条件下水系变化有各自特点。城市区水面率较小,约4.9%~9.4%,1960s以来水面率、河网密度呈减小的趋势,伴随城市化过程出现较重要的城市防洪疏浚、新挖河道工程。河网区河网密集,约2.1~5.3 km/km2,支流下降明显,干流有增加趋势以致河网主干化。典型湖区水面率较大,约17.8%~19.7%,水系格局变化相对不明显。     

腾格里沙漠东南缘荒漠植被盖度月变化特征及生态恢复

 研究表明:封育区植被盖度一年四季大于未封育区,在正常年份的生长季内前者植被盖度为17.89%~29.39%,后者为11.60%~16.05%。封育区和未封育区150 m样线上的灌木植物在70~90株(丛)和60~70株（丛）之间,基本保持稳定;草本植物个体数月变化则显著,未封育区从4月份以后数量递增, 7、8月显著增加,8月底达到最大值,而封育区则表现为4、 5月增加,6月减少,7、8、9月线性增加,达到最大值,且未封育区草本植物的数量少于封育区。未封育区由于植被盖度低,灌丛分布不均匀,沙面裸露多,地面风沙流活动强烈,白刺沙包风蚀严重;而封育区植被盖度较大,灌丛分布较均匀,风沙流活动弱,白刺沙包稳定,形成了较为稳定的自然植被生态系统。试验表明,在当地气候和地理条件下,通过封育或避免人为干预,荒漠区生态植被的自然恢复,可大大增加防风固沙能力,改善当地的生态环境。     

层状结构岩体顺层斜坡滑移-弯曲失稳计算探讨

中-陡倾顺层斜坡在下端被阻挡及嵌固时可能产生滑移-弯曲型结构变形与屈曲失稳,但以前失稳分析采用的力学模型的边界条件及变形形态对地质原型的符合性较为不足。因顺层斜坡上部平直段与下部屈曲段是一个连续的整体,弯曲段边界条件及变形形态的合理对正确建立挠曲线方程和临界屈曲失稳分析均非常重要。在分析了顺层斜坡地质原型变形形态的基础上,由考虑自重的阻滑端固定的斜置等厚弹性板梁模型,提出了以地质原型变形形态抽象出相应边界条件的分析方法,及理论上求解挠曲线的适定三阶微分方程。鉴于弯曲段长度可现场测知,以所分析的边界条件拟定了简便合理的、曲线形态能较好反映地质原型变形形态的多项式近似挠曲线。通过势能泛函的平衡稳定判断方法,滑移-弯曲破坏的临界条件得到确定,失稳临界弯曲长度计算式较符合工程实际。     

气候变化和人类活动对汾河流域径流情势影响分析

在人类活动和气候变化的影响下,汾河入黄径流量锐减,加剧了山西省水资源短缺的现状,并引起生态环境的恶化,同时入黄径流量的减少致使黄河干流流量的减少,加剧了黄河中下游的水资源短缺。以汾河流域为研究区,采用水文变异诊断系统分析了汾河流域入黄控制站河津站1956-2012年的径流情势的变化情况,入黄径流有显著下降的趋势,并且在1971年左右发生了突变减少。然后采用多元分析方法,分析造成径流突变减少的影响因子,其径流受到降水量、潜在蒸散发量和人类活动引起的流域属性改变的影响。随后采用Budyko公式分析其敏感性,在相对较长的时间尺度上,气候变化对径流的影响比人类活动更加敏感。最后采用累计斜率法分析上述参数对径流的影响比率,得到径流量受降水量、潜在蒸散发量和流域属性的影响比率分别为16.29%、-4.86%和88.57%。