溜砂坡滑塌特性及内在演化结构实验探索

溜砂坡滑塌特性与内在演化结构的认识，有助于对该高寒地区山地道路灾害的防治与预报。通过非连续与连续加沙两种形式的干燥沙石散粒体临界态单面坡室内模型实验，初步探索了溜砂坡的滑塌规模统计特性与演化动力学规律。发现其受颗粒级配非均匀度影响而异差异很大。非均匀沙堆呈现明显负幂率分布统计特点。对滑塌演化动力学的相空间分析进一步揭示，非均匀沙堆的演化结构复杂，动力学吸引子分维数较大；而均匀沙堆演化结构相对简单，体现准周期特点，可以自相关分析进行主周期预测。利用小波变换，分析了非均匀沙坡滑塌演化的复杂内在结构，即演化过程由不同周期、不同规模的滑塌一回复过程复合而成。尝试以选择合适预报精度进行时间尺度变化，用小波系数截线对演化活跃周期初步估计。     

散粒体斜坡堆积特性与崩坍形式研究

通过圆盘沙堆以及斜坡堆积物理模拟试验,解释其崩滑的动力学机制.发现溜砂坡堆积的过程是一个典型的自组织临界过程,整个坡体是一个广延耗散动力学系统.从颗粒级配的角度探究其对散粒体边坡稳定性的影响.     

土坡体系可靠度分析方法及在高土石坝工程中的应用

针对土坡稳定体系可靠度分析问题,提出了一种分析方法框架,包括采用缩减方差抽样技术生成随机变量样本值、采用全局优化算法搜索边坡最小安全系数、采用Monte-Carlo法计算边坡体系可靠度3个主要部分。在此框架下,建立了一种较为简便实用的高土石坝坝坡稳定体系可靠度分析方法。该方法采用拉丁超立方抽样技术生成随机变量的样本值,再用商业软件STAB搜索相应的坝坡最小安全系数,最后用可靠指标法或Monte-Carlo法计算坝坡体系可靠度。工程算例表明,筑坝材料强度参数的随机不确定性对坝坡临界滑弧的位置影响较大,坝坡稳定体系可靠度小于单一滑动面的坝坡稳定最小可靠度,提出的方法可用于实际工程坝坡稳定体系可靠度分析。     

青藏高速公路某隧道出口溜砂坡形成机理分析

基于青藏高速公路某隧道出口溜砂坡的现场勘察、测试及室内试验,通过工程地质分析与相似模型试验,对该溜砂坡的发育特征、影响因素、形成机理进行了探讨,并提出了防治对策。结果表明:该溜砂坡为大型砂粒、碎屑牵引式中强活动溜砂坡;不同颗粒比重条件下溜砂坡的影响因素主要包括含水率、冻融、地震力、工程活动等方面,中砂的天然休止角小于粗砂、砾砂等粗颗粒,含水率与砂粒的天然休止角呈正相关,在含水率达到10%以后影响效果减弱,冻融作用对粗颗粒的休止角影响较大,当含水率达到一定条件后,冻融作用才开始凸显,当含水率增大到一定程度时,冻融对休止角的影响呈减弱趋势,地震力作用在低含水率条件下,作用显著,随着含水率的增加,效果减弱;将溜砂坡划分出了砂源区、溜动区、堆积区三个分区,从力学、运动学角度分析了该溜砂坡的形成、运动与复活全过程;提出了砂源区控制+固砂+排砂综合防护对策。     

坡面径流侵蚀量随坡度变化规律初探

在论述了坡面径流侵蚀机理的基础上，根据河流动力学的原理，分析了坡面上泥沙颗粒在径流作用下的受力情况，导出了坡面径流非均匀沙侵蚀的临界坡度为３／４ψ。最后用湖北省－径流实验站某次实测资料，对坡面径流量随坡度的变化规律作出了完整的描述。     

地震工况下坝坡的抗滑安全系数取值标准研究

地震工况下的坝坡抗滑稳定性核算一直是大坝安全性评价的重要环节,采用科学合理的计算方法是评价坝坡安全性的基本保证。本文从概率极限分析的角度探讨了坝坡稳定性可靠度分析的概率意义,提出了将地震发生当做概率事件的坝坡可靠度计算方法。为验证将地震超越概率纳入坝坡稳定分析中的合理性,本文通过两个典型算例和小浪底坝坡典型剖面的抗滑稳定性分析研究了坝坡在地震工况下的单一安全系数与可靠指标的变化规律。研究结果表明在坝坡稳定分析中引入超越概率计算所得结果与工程实际相符,与以往的将地震发生当做确定性事件计算方法相比,该方法显著提高了坝坡的可靠指标值;比较可靠指标与单一安全系数的取值标准显示出在坝坡稳定分析中合理地引入地震概率分析方法能够保证坝坡在地震和正常工况下有相近的可靠指标值     

西藏拉萨地区冻融作用对溜砂坡天然休止角的影响

在考虑拉萨地区周边主要道路沿线广泛分布的冻融现象基础上,探究了溜砂坡在有无冻融作用下,粒径不同和颗粒混杂程度均匀,且伴随着含水率增大的情况,冻融作用对于砂坡天然休止角的影响。试验结果数据与对比分析表明:粒径相对较小的砂坡对冻融作用的抵抗能力较强,颗粒混杂程度均匀(级配好)的砂坡也对冻融作用具有较强的抵抗能力;同时冻融会增加斜坡失稳的不确定因素。     

川藏公路中坝段溜砂坡形成与防治对策

溜砂坡是斜坡重力侵蚀的一种特殊类型，在特定的地形、地质和气候条件下形成和演化而成的。常对公路、铁路、渠道等线路工程构成严重危害。论文以川藏公路(318国道)西藏境内中坝段为例，从溜砂坡的基本特征、形成与分布规律研究入手，通过现场调查、测试和室内模型试验，研究溜砂坡的形成机理、运动力学特征与防治对策。建立了溜砂坡形成、发生、运动力学模型。提出了封闭砂源区、改变砂坡结构、公路内侧修建挡砂工程和坡面生态快速固砂的防治对策。     

路堤边坡稳定可靠度计算中的模型不确定性分析

基于均质路堤边坡Monte Carlo法的稳定可靠度计算,分析了临界滑面搜索策略和稳定分析方法两类模型不确定性对边坡可靠度的影响特性,讨论了边坡失效概率随土工参数变异性的变化规律。研究表明,选用不同的临界滑面搜索策略所得可靠度结果差异不大,参数滑面法（overall slope）的失效概率略大于均值滑面法（global minimum）,但差别对边坡稳定性分析没有实质性影响;土性参数变异水平是影响边坡可靠度的最重要因素,边坡在相同设计参数安全系数下的可靠度指标随参数变异性增大而急剧降低;不同稳定性分析方法对应的安全系数概率密度函数曲线形态基本一致,但失效概率差异明显,因此目标可靠度指标取值应与稳定性分析方法相适应。提出的考虑土工参数变异水平的安全系数取值修正原则,对改进确定性设计的边坡稳定分析技术有积极意义。     

边坡可靠度分析的一种新的优化求解方法

介绍了Low & Tang提出的一种新的可靠度优化求解方法,并将之用于边坡可靠度分析中：该方法适用于任何概率分布的相关变量,不必计算当量正态均值和方差、相关变量独立变换,直接在变量的原始空间内搜索边坡的最小可靠指标和概率临界滑面,可采用任何合适的约束优化方法进行求解,方法清晰简洁。边坡可靠度分析常用的滑面有2个：最小安全系数（变量均值处）对应的确定性临界滑面和最小可靠指标对应的概率临界滑面,但这2个滑面在有些情况下差别较大,Hassan & Wolff提出了一种简化方法可以方便地获得概率临界滑面,但由于方法简单,受到质疑。通过一系列算例分析,优化求解方法得到的概率临界滑面和Hassan & Wolff的简化方法滑面非常接近,显示了简化方法的有效性,值得在工程实践中推广。     

粒状碎屑溜砂坡的形成和基本特征研究（溜砂坡系列研究之一）

通过现场考察和室内模型试验，研究了粒状碎屑溜砂坡形成的“三大要素”——砂源区、溜动区和形成区、粒状碎屑溜砂坡形成条件和演化规律、研究了粒状碎屑溜砂坡的散体结构特征和天然休止角。通过影响天然休止角的主要因素和显著性分析，研究了天然休止角的线性回归方程以及粒状碎屑溜砂坡的稳定性和判别标志。     

散粒体斜坡注浆固坡工程防治技术实验研究

目前,国内外对散粒体斜坡的防治措施研究甚少。笔者推荐注浆固坡工程防治技术,具有以动制动特点。本文通过室外注浆物理模拟实验,得出注浆后固结体形态有舌形、灵芝形、柱形、长倒锥形、短倒锥形,其有效半径分别是46.3cm、26cm、21.4cm、16.5cm、40cm、29.4cm。结合现场颗粒取样筛分实验,研究了散粒体堆积结构对注浆固坡措施的影响,提出颗粒间孔隙比的影响最为主要,并通过计算机优化回归得出注浆量及浆液扩散半径的公式;最后对固结体进行直剪试验,得出注浆后的散粒体强度增加,说明了注浆固坡工程的可行性和合理性。这对散粒体斜坡坡体实施注浆加固工程具有重大的参考价值。     

基于动力学和材料软化特性的边坡渐进破坏特征研究

边坡的失稳是一个从量变到质变的动态渐进破坏过程,此问题也是边坡领域研究的重点与难点之一。在考虑岩土材料软化特性和动力学求解的基础上,建立了边坡渐进破坏仿真的理论框架;利用ABAQUS软件的动力显式求解模块实现了边坡的渐进破坏仿真;根据塑性应变揭露了剪切带的扩展过程,由软化本构确定了滑面材料的分区演化规律,根据等效塑性应变确定了边坡的滑面,通过滑面位置将边坡分为滑体、滑带、滑床,并分别研究了边坡各分区内部特征点运动学变量的发展过程,从而揭示了边坡的渐进破坏过程;基于材料参数沿滑面的时空分布,利用矢量和法得到了边坡不同演化阶段的安全系数。对比该方法与Bishop法确定的滑面位置与安全系数,发现两种方法峰值和残余强度对应的安全系数比较接近,该方法搜索所得滑面位于Bishop法自动搜索的滑面之间,验证了此方法的合理性及可靠性。最后分析了材料软化特征对边坡稳定性的影响,在保持其他参数不变的条件下,增大残余黏聚力,边坡的滑面位置加深,安全系数的初始值减小,安全系数的快速减小阶段有所推迟,并且快速减小阶段经历的时间有所延长,稳定后的安全系数有所增大。保持其他参数不变,增大残余黏聚力对应的等效塑性应变阈值,边坡的滑面位置加深,安全系数的初始值减小,安全系数的快速减小阶段有所推迟,但快速减小阶段经历的时间基本不变,达到稳定的时间有所推迟,同时稳定后的安全系数略微有所增大。     

考虑张拉-剪切渐进破坏的边坡矢量和法研究

针对边坡渐进破坏过程中岩土体强度参数不断劣化现象,采用应变软化模型代替传统的理想塑性模型,提出一种考虑张拉?剪切渐进破坏的边坡矢量和分析方法。从安全系数表达式与最危险滑动面搜索两方面进行研究,首先基于滑动和力的矢量特性,改进矢量和法滑动趋势与安全系数表达式,进而基于改进自适应遗传算法搜索边坡最危险滑动面。算例表明,采用应变软化模型时的矢量和法安全系数与最危险滑动面形态具有动态变化与调整的特性。该基于张拉-剪切应变软化模型的计算方法进一步扩展了边坡矢量和分析法。     

松散体边坡灾害自组织临界性及工程应用研究

我国的松散体边坡灾害频繁。为了解松散体边坡灾害的共性，从整体上认识其规律性信息，文章采用多种形式的非均匀沙堆作为松散体边坡灾害的概化模型，通过多组实验研究其演化行为规律。自组织临界性是解释具有无序的、非线性复杂系统行为特征的理论之一，分形和闪烁噪声是其空间与时间结构的特征。实验发现几种概化模型表现出自组织临界性。分析滑坡、崩塌及泥石流等松散体边坡灾害实例，也发现其呈现自组织临界性特征。研究表明幂律特征及自组织临界性是许多松散体边坡灾害的共性。进一步模拟真实的松散体边坡的组成特征和某些防治工程措施，进行对比实验，表明不同工程措施的防治作用。最后结合挡、锚、喷、排等工程防治措施，探讨了自组织临界理论对松散体边坡灾害防治的指导作用。     

散粒体斜坡运动堆积特征试验研究

散粒体斜坡俗称“溜砂坡”,对其运动和堆积特征的研究是溜砂坡防治的关键.在斜坡模型架上模拟碎块石的运动过程和堆积过程,探索其颗粒大小、形态与斜坡角的关系.通过堆积体纵剖面取样发现,溜砂坡堆积呈现分形结构,其颗粒质量粒径分布分维数随黏粒含量的增大而增大.     

地震荷载作用下土钉支护边坡稳定性拟静力分析

在极限平衡分析框架内,使用滑动面搜索新方法和圆弧滑动面方法对地震作用下的土钉支护边坡进行稳定性分析。考虑地震作用时,采用拟静力分析方法,并根据不同的条分模式,推导出水平地震动态分布系数的计算公式。针对地震效应下圆弧滑动面竖直条分法的不足,采用水平和竖直条分法相结合的改进方式。通过算例对比分析,并研究土钉支护间距与不同地震烈度条件下土钉长度的变化对边坡静力和动力稳定性的影响,结果表明,滑动面搜索新方法计算得的最小安全系数与圆弧滑动面方法的计算结果颇为接近,且比以往研究成果要小,可说明滑动面搜索新方法的可行性;在土钉支护边坡的静力和动力稳定性分析中,滑动面搜索新方法计算得的临界滑动面与临界圆弧滑动面接近,但表现出非圆弧特性;在一定程度上可减小土钉支护间距和增大土钉长度,可有效地改善土钉支护边坡在地震作用下的稳定性。     

基于滑面正应力分布的爆炸震动荷载作用下边坡稳定性分析

假定滑面正应力分布为2个待定参数的拉格朗日函数,推导出爆炸震动作用下滑体的水平力、垂直力和力矩平衡方程。通过算例分析证实计算方法的可行性,说明爆炸振动拟静力系数与边坡安全系数的关系。研究结果表明,垂直向下、水平指向坡外的爆破振动荷载以及两者的联合爆破荷载对边坡稳定性安全系数有很大的影响;爆破荷载拟静力系数从0增加到0.3 ,每步增加 0.05,爆破振动水平指向坡外时,边坡安全系数减少6.65%～23.54%,爆破振动垂直向下时,边坡安全系数减少1.18%～2.52%, 联合爆破荷载的方向对边坡稳定性也有影响。     

松散土坡结构特征与滑坡堰塞体堆积特征之间的关系试验研究

通过模型实验,探讨了松散土坡3种不同结构特征条件下(均匀坡体(坡体物料均匀混合)、平行坡体(土层成层且层面与滑面平行)和斜交坡体(土层成层且层面与滑面斜交))形成滑坡堰塞体的动力过程和堆积特征,通过分区域取样及三维扫描技术研究了堰塞体的物质分布规律与形态特征。研究结果表明：堰塞体堆积特征与坡体特征存在紧密联系,堰塞体纵向(沿主沟道方向)和横向(沿滑坡运动方向)上的物质分布与坡体纵向和横向的物质分布特征基本对应;在垂向(表层到底部)上,由于不同坡体条件下滑坡的动力过程和机理不同,从而导致堰塞体堆积特征存在一定区别。均匀坡体和平行坡体呈整体启动模式,运动过程中物料间存在垂向渗透和交换作用,导致堰塞体物质在垂向上呈明显的上粗下细反粒序分布特征,堰塞体横剖面多呈平坦型和倾斜型。斜交坡体呈分层启动模式,运动堆积过程中保持原有层序,粗、细颗粒先后启动条件下颗粒间存在推挤、爬升和水平渗透作用,使得堰塞体更加密实且垂向上也呈现反粒序分布特征,横剖面多呈起伏型。本研究为滑坡堰塞体稳定性快速评估和复原滑坡初始状态提供依据。