堆载诱发型土质滑坡运动特征物质点法模拟

坡顶堆载是人类工程活动诱发滑坡的主因之一。物质点法（MPM）属于一种无网格数值计算方法,它能够有效模拟滑坡大变形全过程物质行为与运动特征。文章基于线性形函数离散方法、MUSL求解格式及Drucker-Prager屈服准则,建立了可用于滑坡全过程模拟的单套单相物质点模型;通过对比干燥铝棒堆积物模拟砂堆失稳过程的基准试验结果,对模型有效性进行了验证。对堆载诱发型土质滑坡典型工况进行了物质点法全过程模拟,获得了滑坡全过程中典型时刻坡体形态、塑性应变分布以及控制点滑速演化趋势。结果表明:算例堆载诱发型土质滑坡属推移型滑坡,具有渐进性破坏特征,可分为坡顶压缩、局部蠕滑、加速滑动与减速滑动等四个阶段。参数分析结果亦表明,堆载诱发型土质滑坡前缘物质运动特征量均与堆载量间存在强正相关性、而与土体黏聚力及内摩擦角存在强负相关性。统计29种典型工况,分别建立了峰值滑动加速度、最大滑速、最大滑距及坡体最大动能等运动特征量与堆载量、土体黏聚力及内摩擦角之间的线性回归方程,可用于堆载诱发型土质滑坡致灾行为预测。     

高速远程滑坡物质点法模拟

采用显式物质点法模拟高速远程滑坡的破坏过程。计算方法采用广义插值物质点法,计算流程采用MUSL格式,本构关系采用基于Drucker-Prager屈服准则下的弹塑性模型。首先,利用泡沫铝材料模型试验验证了物质点法模拟大变形问题的有效性。其次,构建远程滑坡模型,模拟远程滑坡的整个破坏过程,讨论了内摩擦角对大变形滑坡滑距的影响。结果表明,内摩擦角对远程滑坡的滑距起着决定性的作用,内摩擦角的减小,滑坡的滑距越大。从土体强度理论分析,土体内摩擦角越小,对应于非饱和土体的三轴不固结不排水剪切试验的强度,说明土体的固结效果和排水效果较差。因此对于一些杂填土边坡,要保证土体完全固结和排水,否则极易产生高速远程滑坡。     

土质滑坡运动全过程物质点法模拟及其应用

物质点法（MPM）属于一种无网格数值计算方法,它可导入各种土体本构模型,考虑土体流固耦合行为,能够有效模拟土质滑坡大变形及超大变形。本文介绍了物质点法基本原理、控制方程与求解格式;基于5种物质点法的多孔介质表征模型,简要回顾了土质滑坡运动全过程物质点法模拟的最新研究进展。采用单套单相物质点模型,对深圳“12·20”人工堆填土滑坡全过程进行了物质点法模拟,使用了线性加载方式确定初始应力场,并使用了Drucker-Prager屈服准则弹塑性本构模型、GIMP算法与MUSL求解格式。模拟结果表明,该边坡发生失稳后,最大滑距达510m,滑坡范围纵向间距为1050m,最小滑坡角5.95°,均与观测结果相吻合。土体内部等效塑性应变区的演化趋势显示,滑坡机制为渐进式破坏,具体表现为:坡趾土体首先沿基岩界面发生剪切破坏,随后坡顶出现拉张裂隙,坡趾与坡顶塑性区分别沿基岩界面向坡体内部发育,形成贯通滑动面后滑动加速,超大变形出现。物质点法模拟滑坡运动全过程有助于理解滑坡致灾行为,可为滑坡防治提供参考。     

柔性支护黏性土基坑非极限被动土压力研究

经典的Rankine和Coulomb土压力计算理论均建立在土体达到极限平衡状态的基础上,并不适用于位移需要严格控制的基坑工程。以柔性支护的黏性土基坑边坡为研究对象,考虑边坡土拱效应、非极限状态下柔性支护结构与土体间内摩擦角以及黏聚力发挥值、土体内摩擦角以及黏聚力发挥值的影响,从黏性土应力莫尔圆出发,采用微层分析法建立静力平衡,搜索边坡土体潜在滑动面,推导柔性支护黏性土基坑的非极限被动土压力计算式。通过实例计算对比分析了本文计算理论与经典Rankine计算理论,推导公式计算得到的被动土压力小于Rankine计算值19%,合力作用位置低于Rankine计算值,作用位置距桩底距离较Rankine计算值小1.5%,计算得到的潜在滑动面为一水平倾角随深度逐渐减小的曲面,潜在滑动面范围小于Rankine极限状态滑动面。     

基于光滑粒子流体动力学的流动法则对土体滑坡大变形的影响探讨

光滑粒子流体动力学（SPH）是近年来发展起来的一种纯拉格朗日无网格法,并因其在大变形领域内的优势而受到广泛关注。在进行滑坡大变形分析时,流动法则及剪胀角的选取对于边坡失稳后的运动特性有重要的影响。采用Fortran自行编写了基于SPH的边坡稳定性及失稳后大变形分析程序,然后通过2个经典的算例,讨论了不同流动法则及剪胀角的选取对滑坡大变形分析精度的影响。结果表明：（1）剪胀角的选取对土体失稳后的滑动距离有显著影响,随着剪胀角的增大,土体的滑动速度与距离呈明显增大趋势;（2）在关联性流动法则及非关联性流动法则? =1/2? （? 为剪胀角,? 为摩擦角）条件下,土体在大变形过程中会产生过度膨胀,且运动速度与距离要大于实际情况,而采用关联性流动法? =0时,对于非膨胀土可以得到比较令人满意的结果,但对于膨胀土体会使得运动速度和运动距离过小,不符合实际情况。建议在计算膨胀土大变形时,采用非关联性流动法则且适当考虑膨胀性（? =(0.1～0.2)? ）,可以得到较好的结果。     

钙质土的剪切特性试验研究

钙质土因其颗粒形状不规则、易破碎、高孔隙比等特征,其力学性质较为特殊。采用室内大型直接剪切试验设备,对取自南海珊瑚礁和三亚岸礁的粗颗粒钙质土进行了直剪试验,研究了粗颗粒钙质土在不同含水率、不同密度和不同矿物组成条件下的钙质土剪切特性。结果表明,粗颗粒钙质土表现出与常规无黏性土截然不同的力学性质,即（1）与石英砂相比,表观黏聚力较大,内摩擦角较高,软化性较弱;（2）表观黏聚力随着平均粒径的增大而增大,内摩擦角随着干密度的增大而增大;（3）与峰值强度相比,土体剪切破坏后其残余强度的表观黏聚力锐减而内摩擦角仅略有减小。研究成果可为岛礁工程建设提供借鉴,也可为其他粗颗粒土的研究提供参考。     

盾构法施工中楔形体模型滑裂面倾角的研究

在盾构开挖面极限支护力的计算理论中,楔形体模型由于简单、直观而得到广泛的应用,但确定滑动面倾角 较为繁琐,尤其是在迎坡条件下的研究较少。在梯形楔形体模型的基础上,通过引入盾构隧道的纵坡坡度角θ,建立了迎坡条件下的盾构开挖面极限支护力计算模型,推导出开挖面极限支护力计算公式。对开挖面支护力计算值的数据分析发现,不考虑渗流力和黏聚力的影响时,滑动面倾角 仅受隧道线路纵向坡度角 的影响较大,而土的内摩擦角c、重度 、开挖面直径D、埋深H和地表附加应力q对其影响很小;考虑黏聚力c的影响时,c≤11 kPa时滑动面的倾角 随黏聚力的增大逐渐减小,且当黏聚力、内摩擦角和开挖面直径一定时,滑动面倾角 只在某一特定数值附近小幅度变化,同时当开挖面直径D>5 m时,滑动面倾角随开挖面直径的增大而增大;土的重度、地表附加应力和埋深对滑动面倾角的数值影响不大,计算滑动面倾角时可不考虑它们的影响。在分析研究基础上得到了滑动面倾角 的计算公式,简化了极限支护力的求解过程。     

基于细观力学脆性岩石剪切特性演化模型研究

压缩作用下岩石内部细观裂纹扩展导致岩石产生损伤,其对岩石变形、强度等力学特性有着重要影响;然而,岩石内部裂纹扩展与剪切特性（黏聚力、内摩擦角及剪切应力）动态演化关系很少被研究。基于裂纹扩展机制推出的岩石应力-应变本构模型,并结合摩尔-库仑失效准则,推出了在岩石应力-应变关系峰值应力（对应岩石压缩强度）状态时,本构模型细观力学参数与岩石黏聚力、内摩擦角及剪切强度之间的状态关系。然后,引入岩石应力-应变本构关系塑性变形阶段服从摩尔-库仑屈服准则的力学流动规律,进而将已推出的应力-应变关系峰值状态点所满足的细观力学参数与黏聚力、内摩擦角关系,推广到岩石进入塑性变形后,岩石内部裂纹扩展（或应变）与黏聚力、内摩擦角及剪切应力动态演化的理论关系。随着裂纹扩展或应变增加,黏聚力、内摩擦角及剪切应力先增大,达到一个峰值点后减小,该结果与应力-应变本构曲线变化趋势相对应。通过试验结果验证了所提出理论结果的合理性。并讨论了初始裂纹之间摩擦系数对黏聚力、内摩擦角及剪切应力随裂纹扩展或应变演化规律的影响。     

边坡稳定强度折减有限元分析中的若干问题讨论

强度折减有限元法在边坡稳定性分析中得到了广泛应用,但仍存在一些问题未能很好地解决。首先探讨了不同单元类型对边坡稳定安全系数计算精度的影响,指出采用三角形二阶单元,能够较好地模拟土坡的渐近破坏过程,且相对网格大小控制在0.1～0.15之间时能获得较精确的解;其次讨论了边坡失稳的4个判据问题,指出在合理网格大小区间内,有限元强度折减至土坡破坏时,先后出现塑性区贯通、等效塑性应变带贯通、位移陡增与数值计算不收敛等4种表征,以此分别作为边坡失稳判据,所得到的安全系数具有较好的一致性;最后讨论了边坡破坏时滑动面深浅、滑出点位置与坡体材料的黏聚力、内摩擦角及坡角间的关系,指出黏聚力越大、内摩擦角越小或坡度越小,滑动面越深,且滑出点越远离坡脚。     

四川王山-抓口寺滑坡成因机制及滑动过程分析

以王山-抓口寺大型岩质滑坡为例,在对滑坡变形破坏特征及周边工程地质条件现场调查和研究的基础上,通过地质分析手段获取区内滑坡体从缓慢变形到失稳破坏全过程的基本信息,提出滑坡演变概化地质模型,并结合非连续变形分析方法模拟真实时间和便于分析非连续大变形的特点,建立非连续变性分析(DDA)数值模型,对滑坡体稳定性和滑动全过程进行数值模拟,并对降雨弱化结构面强度参数影响滑坡滑距和速度进行分析。结果表明:王山-抓口寺滑坡主要诱发原因是汛期持续降雨使雨水沿裂隙大量渗入滑体导致滑坡体结构面强度参数降低;同时,滑坡前缘由于前期堰塞湖人工清理和河水自然侧蚀,临空面高达十数米,为滑坡的发生提供了有利条件,最终形成"强降雨-入渗-岩体软化-推拉"破坏模式,属典型的滑移-拉裂型岩质滑坡;参数影响性表明结构面内摩擦角φ对滑坡滑距和滑速影响显著,黏聚力c对滑坡位移和速度影响有限;模拟得到的滑坡最大滑移速度和后缘最大滑动距离与野外调查相符。     

不同安全系数对应的边坡滑动面位置分析

为了探讨强度折减计算边坡稳定性过程中安全系数和滑动面之间的关系,针对一均质边坡算例,通过理论分析和FLAC3D强度折减法数值计算,分析当黏聚力 和内摩擦角 变化时,边坡安全系数和滑动面位置的响应情况,结果表明：(1) 边坡的安全系数受到黏聚力或内摩擦角中任一值的影响,而滑动面位置受到两者组成的函数 （ ）的影响;(2) 当 为定值时,改变抗剪强度参数 和 并不能引起滑动面位置的变化;当 增大时,边坡破坏模式由浅层破坏转变为深层破坏,滑动面越来越缓,其上缘逐渐远离坡顶,滑体的体积增大。     

土体参数对扩底墩竖向承载性状影响的数值分析

为了分析不同土体参数对扩底墩竖向承载性状的影响,利用有限单元法,建立了均匀地基中不同土体模量、内摩擦角、粘聚力的三维有限元模型,模拟分析了土体模量、内摩擦角和粘聚力变化时扩底墩的竖向承载性状。分析表明,扩底墩基础以端阻力为主,土体模量和内摩擦角对其竖向承载性状的影响较大,粘聚力影响较小。因此扩底墩持力层应选择土体模量和内摩擦角大的坚硬土层。     

表面活性剂改性粉土抗剪强度特性的研究

表面活性剂随着工业、农业、日常生活等各种活动进入到土体及地下水中,不仅会带来环境污染的风险,还会改变土体的结构等从而影响土体的工程性质。为了合理评估表面活性剂污染土体的工程适宜性,采用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和阳离子表面活性剂三甲基十六烷基溴化铵(CTAB)对粉土进行改性,通过直剪试验研究其对粉土强度特性的影响。结果表明,表面活性剂改性后的粉土内摩擦角减小,随着表面活性剂浓度的增大,内摩擦角减小的幅值越大,当表面活性剂浓度达2%时,粉土内摩擦角减小23.9%;SDBS改性后的粉土黏聚力大大减小,SDBS浓度为2%时,黏聚力减小91.8%,CTAB改性后粉土黏聚力增大,最大增幅达41.8%;改性粉土中加入不同pH的表面活性剂时,内摩擦角变化很小,表明表面活性剂的酸碱程度对土样内摩擦角影响较小,随着表面活性剂溶液pH的增大,改性粉土的黏聚力呈现出下降的趋势,pH改变了土壤的电荷的分配,改变了土粒间的静电作用,从而引起土体黏聚力的变化。     

分级循环荷载下低温冻结盐渍土动强度特性试验研究

为了探究寒区路基盐渍土在交通荷载作用下的强度破坏机理,采用室内GDS动三轴试验系统,对天然重塑盐渍土进行了不同冻结温度、围压及振动频率下一系列动荷载试验,从破坏动应力、动黏聚力和动内摩擦角方面分析各试验条件对盐渍土的影响机制。结果表明：冻结温度和围压对破坏动强度影响明显,动载频率对破坏动强度影响较弱;随着温度的降低,破坏动应力和动黏聚力明显增大,而动内摩擦角有先增大后减小趋势;随着动荷载频率的增大,破坏动应力和动黏聚力变化不明显,但内摩擦角有减小趋势;围压与破坏应力呈线性相关,温度分别与破坏动应力、动黏聚力呈良好指数关系。     

一种双折减系数的强度折减法研究

传统的强度折减法采用相同的折减系数对黏聚力和内摩擦角进行折减,边坡达到临界状态时的折减系数就是边坡的安全系数,此单一折减系数的折减方法被定义为等比例折减。对于一个边坡几何构型和岩体重度确定的边坡而言,使边坡处于临界状态的黏聚力和摩擦系数组合并不惟一,等比例强度折减法所得到边坡临界状态的黏聚力和摩擦系数只是其中可能的一种潜在组合,因此,其只是众多寻找临界状态方法中的一种折减形式,并不一定就是最优的折减方式。基于以上认识,首先建立不同边坡形状、不同岩体重度条件下临界状态边坡的 - 曲线,假设岩体的黏聚力和内摩擦角在衰减破坏的过程中应沿着距离 - 临界曲线最短的路径折减,进而建立黏聚力和内摩擦角的配套折减原则,提出了一种双参数强度折减法。最后,通过3个算例比较了等比例强度折减法与双参数强度折减法的差异,结果表明,等比例强度折减法和双参数强度折减法得到的边坡临界状态并不相同,后者得到的临界滑动面范围要比前者得到的滑动面范围大。     

库水位变动联合降雨作用下麻柳林滑坡稳定性评价

库水位变动和降雨是影响三峡水库库区滑坡失稳的重要因素,因此进行不同时段内的库水位变动联合降雨工况下的滑坡稳定性评价具有重要意义。以重庆市万州区麻柳林滑坡作为研究对象,首先在实际监测资料的基础上,将工程地质类比法和GeoStudio数值模拟相结合,对滑坡抗剪强度参数进行反演优化;然后基于P-Ⅲ型分布曲线对降雨重现期进行分析后共设置25种计算工况,利用GeoStudio模拟软件进行模拟计算。并选取了内摩擦角、黏聚力及降雨量3个因素进行了正交试验,采用极差分析法进行稳定性敏感分析。分析表明,麻柳林滑坡稳定性变化幅度与降雨强度呈正相关,变形量与滑坡稳定性系数呈负相关;最不利工况为低水位联合百年一遇降雨工况,此时麻柳林滑坡稳定性系数为0.960,滑坡模拟变形量达到0.394 7 m。极差分析结果表明所选取的3个影响因素的敏感性由大到小依次为:内摩擦角、黏聚力、降雨量。此次研究成果为确定库区滑坡失稳破坏工况和稳定性分析评价提供了一种可行的思路。     

水平地震力作用下浅埋偏压隧道围岩压力的简化理论分析

考虑到传统浅埋偏压隧道围岩压力的分析仅以计算摩擦角体现围岩材料特性,没有将内摩擦角和黏聚力作为独立参数分开研究,基于规范法,提出水平地震作用下独立考虑黏聚力的浅埋偏压隧道围岩压力的简化解析分析方法,获得隧道顶部竖直围岩压力、隧道两侧水平侧压力以及滑动面破裂角的理论表达式,并对影响顶部竖直围岩压力、水平侧压力和破裂角的因素进行了研究。结果表明,竖直围岩压力与滑裂面摩擦角、地面倾角呈正相关,与水平地震效应系数、滑裂面黏聚力呈负相关;滑裂面内摩擦角、黏聚力、地面倾角越大,破裂角越大,水平地震加速度系数越大,破裂角越小;水平侧压力随滑裂面内摩擦角和黏聚力的增大而减小,随水平地震效应系数和地面倾角的增大而增大。研究成果可为浅埋偏压隧道的围岩应力计算提供一定的理论依据。     

水平地震力作用下浅埋偏压隧道围岩压力的简化理论分析EI北大核心CSCD

考虑到传统浅埋偏压隧道围岩压力的分析仅以计算摩擦角体现围岩材料特性,没有将内摩擦角和黏聚力作为独立参数分开研究,基于规范法,提出水平地震作用下独立考虑黏聚力的浅埋偏压隧道围岩压力的简化解析分析方法,获得隧道顶部竖直围岩压力、隧道两侧水平侧压力以及滑动面破裂角的理论表达式,并对影响顶部竖直围岩压力、水平侧压力和破裂角的因素进行了研究。结果表明,竖直围岩压力与滑裂面摩擦角、地面倾角呈正相关,与水平地震效应系数、滑裂面黏聚力呈负相关;滑裂面内摩擦角、黏聚力、地面倾角越大,破裂角越大,水平地震加速度系数越大,破裂角越小;水平侧压力随滑裂面内摩擦角和黏聚力的增大而减小,随水平地震效应系数和地面倾角的增大而增大。研究成果可为浅埋偏压隧道的围岩应力计算提供一定的理论依据。     

物质点强度折减法及其在边坡中的应用

物质点法适用于模拟连续介质大变形,如边坡失稳全过程。在物质点法中应用强度折减法,用于边坡稳定性评价。与极限平衡法相比,二者安全系数计算值、滑动面位置结果基本一致;与有限元强度折减法相比,物质点法失稳评价标准的物理意义明确。利用物质点法大变形计算优势,评价边坡失稳后的破坏后果,通过算例说明其评价不同安全系数下的滑坡堆积形态及滑移距离的能力,尤其是评价滑坡对临近建筑物的影响程度的能力。物质点强度折减法可用于边坡稳定性评价及边坡破坏后果评价。     

爆炸成腔后土体物理力学性能的变化规律

在6块不同的土质场地完成了21次爆炸成腔试验,试验用炸药埋深为1.20～12.5 cm,起爆药量为0.05～51 kg。对其中的5个腔体进行了土工试验。对爆后土体的天然密度、孔隙比、饱和度、压缩系数、压缩模量、内摩擦角、黏聚力的分布规律进行了实测。试验结果表明,爆炸作用对土体的影响半径是爆炸成腔半径的4～6倍。土体的天然密度、干密度、饱和度、压缩模量和黏聚力等指标随土体距爆炸中心距离的增大而降低。土体的孔隙比、压缩系数和渗透系数等指标随土体距爆炸中心距离的增大而提高。未在腔壁附近发现密度低于原状土的低密度区。爆炸冲击作用对土体内摩擦角的影响规律不明显。