偏压连拱隧道优化施工的研究

针对多数连拱隧道修建中存在浅埋地形偏压结构受力状况,结合金丽温高速公路二期工程20多座隧道实际情况,选取有一定代表性浅埋地形偏压覆土厚度,对不同坡度1：1～1：1.5情况下（Ⅱ类取7种、Ⅲ类取3种）偏压连拱隧道结构受力及围岩屈服破坏等进行了施工步骤优化研究。结果表明,一般情况下,连拱隧道施工存在两种偏压效应：一种是因地形偏压引起,称之为“地形偏压”;而另一种则因连拱隧道的分部施工所引起,称之为“施工偏压”。这两种偏压有明确作用方向,产生结果也不相同。对连拱隧道左右洞,按“先外后里”工序施工,能够利用“施工偏压”来部分程度地“抵消”因地形偏压产生的结构偏压受力的不利情况。因此,采用“先外后里”工序施工,实为浅埋偏压情况下连拱隧道最优施工工序。     

考虑场地效应的高陡岩质斜坡地震失稳机制

以金沙江乌东德水电站右岸的鸡冠山梁子高陡斜坡为典型实例,在斜坡表层地震动监测基础上,通过在斜坡弹性模型底部分别输入水平、竖向Ricker子波,发现：斜坡顶部低模量岩体材料在水平Rick子波激励下,易产生放大效应;而当输入竖向Rick子波时,易在模型表层地形凸起部位产生共振放大,其顶面表层卓越频率也与现场实测值基本一致。其次,对比分析了在分别输入汶川八角什邡加速度记录、典型鲁甸地震加速度记录时的斜坡弹塑性模型的稳定性和动力响应特征,发现：（1）斜坡在静力条件下可能存在3种不同位置潜在滑面,但输入两种地震波后,变形破坏区仅发生在顶部滑面位置;（2）输入汶川地震波时,斜坡顶部滑面剪应变增量明显大于输入鲁甸地震波时对应值,且前者的滑面出现明显整体拉破坏区,滑面上部水平、竖向残余变形也不收敛,处于震后斜坡失稳状态。后者滑面底部无明显的拉破坏区,滑面上部残余变形收敛,处于震后斜坡稳定状态;（3）斜坡水平、竖向加速度都在斜坡顶部低模量材料表层出现明显的放大现象,场地效应明显。此外,表层加速度普遍大于斜坡内部相应值,尤其是地形凸起位置。输入汶川地震波时斜坡顶部水平向加速度放大系数大于鲁甸地震波相应值,但竖向加速度放大系数两者基本一致。     

锚索桩设计计算的几个力学问题及有关概念探讨

分析探讨了锚索桩设计计算的几个力学问题及有关概念。传统上对于桩身嵌入段的计算,须根据桩身与桩周岩土的相对刚度划分为刚性桩和弹性桩两种不同的计算模型,并各自对应不同的算法及计算公式,通过对两种模型计算式的数学极限分析表明,刚性桩模型算式仅为弹性桩计算法中将嵌入段的桩身刚度取很大值下的特例,两种模型算法在力学本质上是统一的。由锚索桩嵌入段分别按弹、刚性桩模型算式的位移、转角的对比分析可知,基于弹性桩模型计算出的锚索受力大于按刚性桩模型,以弹性桩模型进行锚索设计偏于安全,而嵌入段的换算长度取1.3（“m法”）或0.8（“常数法”）,从工程设计角度方可作为刚/弹性桩模型的划分判据,此时两种模型的最大位移或转角差别才小于5 %。桩上锚索倾角的力学效应除矢量分解作用影响水平锚拉力大小外,更重要的是将影响锚拉点处的水平约束刚度,进而改变锚索桩超静定结构的受力分担,因此锚索最优倾角的选取可使较好地控制桩身位移且降低锚索初拉力得以兼顾。力图令桩身正负弯矩峰值大致相等的所谓“平衡设计原则”实际上具有较强条件性,须依赖于锚索既要初拉力合适又能在正常工作状态下具备足够大的锚拉力。     

考虑场地效应的高陡岩质斜坡地震失稳机制研究

以金沙江乌东德水电站右岸的鸡冠山梁子高陡斜坡为典型实例,在斜坡表层地震动监测基础上,通过在斜坡弹性模型底部分别输入水平、竖向Ricker子波,发现:斜坡顶部低模量岩体材料在水平Rick子波激励下,易产生放大效应;而当输入竖向Rick子波时,易在模型表层地形凸起部位产生共振放大,其顶面表层卓越频率也与现场实测值基本一致。其次,对比分析了在分别输入汶川八角什邡加速度记录、典型鲁甸地震加速度记录时的斜坡弹塑性模型的稳定性和动力响应特征,发现:(1)斜坡在静力条件下可能存在3种不同位置潜在滑面,但输入两种地震波后,变形破坏区仅发生在顶部滑面位置;(2)输入汶川地震波时,斜坡顶部滑面剪应变增量明显大于输入鲁甸地震波时对应值,且前者的滑面出现明显整体拉破坏区,滑面上部水平、竖向残余变形也不收敛,处于震后斜坡失稳状态。后者滑面底部无明显的拉破坏区,滑面上部残余变形收敛,处于震后斜坡稳定状态;(3)斜坡水平、竖向加速度都在斜坡顶部低模量材料表层出现明显的放大,场地效应明显。此外,表层加速度普遍大于斜坡内部相应值,尤其是地形凸起位置。输入汶川地震波时斜坡顶部水平向加速度放大系数大于鲁甸地震波相应值,但竖向加速度放大系数两者基本一致。     

煤田火区碳排放量计算模型和关键参数研究

完善碳排放清单,是进行减排工作的基础,为了查明煤田火区对大气碳排放的贡献量,以煤氧复合作用学说为理论基础,从不同的研究思路出发,提出了烧失煤量法和排放通量法两种火区碳排放量计算模型。在明确模型中关键参数“释放因子”“排放系数α”“排放通量”“排放系数β”的具体含义的基础上,重点对各参数所对应的获取途径进行了研究论述：(1)释放因子通过在室内进行煤自燃模拟实验得出;(2)排放系数α通过煤岩吸附实验结合火区实地勘测得出;(3)排放通量通过对火区现场煤自燃气体排放及环境因素的实时监测得出;(4)排放系数β通过对遥感图像裂隙信息的提取得到。上述两种计算模型在我国乌达实验区进行了实际应用,并对其可实现性进行了检验。     

硅藻质软岩的三维弹粘塑性模型分析

基于Perzyna的弹粘塑性理论的基本假设、粘塑性流动法则及殷建华和Graham的三维弹粘塑性模型,得出了在三轴应力状态下的本构关系表达式。殷建华和Graham的模型提出了“等效时间”,“瞬时时间线”,“参考时间线”,“极限时间线”等一系列新的概念。用三轴应力状态下的本构关系表达式对软岩的固结不排水三轴剪切试验进行了模拟计算,并与试验结果进行了比较。结果表明：数值模拟计算结果与试验结果几乎一致。该模型简单、实用、精度较高,可以模拟硅藻质软岩材料与时间有关的应力-应变关系、孔隙水压力与应变的关系,以及有效应力路径等。     

南大西洋两岸被动陆缘盆地结构差异与大油气田分布

以板块构造演化为基础,利用地震、地质等资料,再现南大西洋两岸共轭型被动陆缘盆地原型盆地形成演化过程。首次依据盆地结构差异及沉积充填特征,将研究区被动陆缘盆地进一步划分为“三段”“四类”;结合对已发现大油气田的解剖,搞清了每类盆地大油气田成藏规律,并分别建立了其大油气田成藏模式。认为两岸“三段”“四类”盆地都经过了早期陆内裂谷、过渡期陆间裂谷及漂移期被动陆缘三个原型阶段。南段为下伏裂谷层系比较发育的“断陷型”盆地,上覆坳陷沉积厚度较薄,仅作为区域盖层,形成“裂谷层系构造地层型”大油气田。中段为裂谷、坳陷层系都比较发育且过渡阶段有盐的“含盐断坳型”盆地,以过渡期陆间裂谷盐岩充填为特征,其上、下的漂移期海相及裂谷期湖相页岩均可形成有效烃源岩,海相页岩及盐岩分别作为优质盖层,形成了“盐下碳酸盐岩盐上重力流扇体型”大油气田。北段为裂谷层系分布范围小、坳陷沉积范围广且厚度大的“坳陷型”盆地,受 “窄”陆棚、“陡”陆坡控制,坳陷层系重力流扇体自始至终比较发育,源于坳陷层系下部海相页岩中的油气直接充注于本身内部裙边状分布的重力流复合扇体之中,形成“漂移期重力流扇体群型”大油气田。另外,研究区还发育尼日尔、福斯杜亚马逊、佩罗塔斯三个具有独特构造沉积特征的 “三角洲型”被动陆缘盆地,其特殊性体现在三角洲层系由于沉积速率极高,从陆向海形成生长断裂带-泥岩底辟带-逆冲断裂褶皱带-平缓斜坡带四大环状构造带。除了前三角洲层系可以作为有效烃源岩之外,本身也可以形成自生自储自盖型组合,形成独特的“四大环状构造带型”大油气田,即在由陆向海生长断裂带-泥岩底辟带-逆冲断裂褶皱带-平缓斜坡带四大环状构造带上都可以形成大油气田。     

大王北洼陷精细油源对比

应用饱和烃生物标志化合物、芳烃、碳同位素和轻烃等地球化学分析资料,多种方法相结合,详细对大王北洼陷3个油田原油进行了油油和油源对比研究。结果表明：大王北洼陷原油具有4种成因类型,分别为来源于沙四段、沙三段、沙一段烃源岩的“沙三型原油”、“沙四型原油”、“沙一型原油”和来源于2套或3套烃源岩的“混合型原油”。“沙三型原油”分布于大王北油田和大65油田,而其它类型原油在英雄滩油田均有分布,并且以受沙三段烃源岩影响的“混合型”为主。沙三段烃源岩是大王北洼陷的主力烃源岩,主力油层内的石油主要是由该层烃源岩贡献的。不同烃源岩的生烃潜力、埋藏生烃演化历史和圈闭的发育历史共同影响了原油类型的分布。     

地震动作用下均匀土质边坡的临界转角分析

均质土坡变形的整体旋转角度（即转角）与其弧形滑动特征相协调,是比永久位移更为优越的土坡变形与稳定性表征量。地震动瞬态弹性变形应变能相当于土坡系统势能的动态随机性“涨落”,临界点（临界转角）作为系统本身的一个固有特性,不受地震动随机性“涨落”的影响,土坡滑动失稳的临界转角实质上对应着系统势能的突变点。基于均质土坡地震动失稳的特点,结合突变理论,给出了确定失稳临界转角的计算公式,发现其仅与滑带介质本构模型参数 、 和滑弧半径R有关,但在本质上体现了诸因素的影响而具有广泛适用性。     

新编世界地图的“双经双纬”学术思想

传统世界地图于明朝万历十二年(1584年)由西方传教士在广东肇庆绘制,并从此传入我国,距今已有400多年的历史。我国地处东、北半球,但是,我国现行的世界地图适用于表达中国与东半球的地理关系,却不适用于表达中国与北半球的地理关系;而国际上通行的传统世界地图适用于表达东、西半球的地理关系,其投影方法采用经线分割地球仪,是一种“经向世界地图”。与“经向世界地图”对应的是“纬向世界地图”,其投影方法采用纬线分割地球仪,适用于表达南、北半球的地理关系。为了准确和完整地表达中国与东、西、南、北半球的地理关系,项目组于2000-2002年提出并成功实施了“双经双纬”的设计方案：新编世界地图一套四种,“东半球版”和“西半球版”为“经向世界地图”,“北半球版”和“南半球版”为“纬向世界地图”。 在“新编世界地图”之前,国际上通行的“传统世界地图”有两种：一种是以东经150°为中央经线的太平洋格局的世界地图,我国现行的世界地图就是这种模式,另一种是以0°经线为中央经线的大西洋格局的世界地图。这两种传统世界地图以不同经线为中央经线,沿着经线方向切割地球仪,就如同将苹果纵向切开,故可称为“经向世界地图”。“经向世界地图”适用于表达东、西半球的地理关系,但却不适用于表达南、北半球的地理关系。例如,南极大陆的实际面积为澳大利亚面积的1.8倍,但在“经向世界地图”上,南极大陆的图形面积却为澳大利亚图形面积的3.8倍;再如,2002年9月中国国际航空公司开通北京经北极直飞纽约的航线,这条北极航线在“经向世界地图”上无法直观标注。 新编世界地图包含了以上两种“经向世界地图”,同时创编了两种“纬向世界地图”。“纬向世界地图”以不同纬线为中央纬线,沿纬线方向切割地球仪,如同将苹果横向切开,适用于表达南、北半球的地理关系。 新编世界地图的“东半球版”是以东经150°为中央经线的太平洋格局的世界地图,“西半球版”是以0°经线为中央经线的大西洋格局的世界地图,“北半球版”是以北纬60°为中央纬线的北冰洋格局的世界地图,“南半球版”是以南纬15°为中央纬线的印度洋格局的世界地图。 新编世界地图的“经向世界地图”与“纬向世界地图”互为补充,扬长避短,克服了数学投影所带来的不可抗拒的局限性。在“纬向世界地图”上,南极大陆恢复了原有的面积和形状,北京经北极直飞纽约的航线可直观标注。所以,“新编世界地图”具有不同视角的“全球化功能”和不同内容的“专题化功能”两大基本功能：以东、西、南、北四种视角,从经度、纬度两个方向,准确地将世界地理和中国与世界的地理关系完整地展现在读者面前,能直观地表达航海、时区、航空和南北极科考等专题内容。 新编世界地图已被国家科考采用并由国家图书馆收藏,所提出北斗卫星导航系统的“北扩方案”被国家采纳,为国防建设做出了重大贡献。 经国家有关部门批准,新编世界地图中的“南半球版”(大全开,1∶3 100万竖版《世界(知识)地图》)已于2014年由湖南地图出版社出版。     

土质边坡失稳的电阻率响应特征

利用边界积分方程法对土质边坡失稳地球物理模型的视电阻率进行了系统数值计算，研究了土质边坡失稳的电阻率响应特征，揭示了边坡从稳定一失稳演化过程的电阻率变化规律，从而实现了边坡失稳的电阻率响应特征的提取。这些特征信息的获得为利用电法勘探方法探测土质边坡失稳的滑动面或结构面位置提供了依据，同时为实时观测，预测预报土质边坡失稳提供了理论支撑。     

爆破荷载作用下露天矿边坡稳定性的突变研究

基于二维斜坡平面滑动失稳力学模型,引入爆破荷载因素,建立了露天爆破荷载作用下岩质边坡失稳的尖点突变理论模型。根据建立的突变模型,探讨了爆破荷载幅值和爆破荷载频率对边坡稳定性的影响规律,导出了边坡的动态自稳临界高度,并提出了失稳的判据条件,结果表明：爆破荷载幅值越大,爆破荷载频率越小,后缘裂缝深度越大,边坡失稳的可能性越高;在爆破荷载作用下,边坡的稳定程度是动态变化的,且随着应力波入射角的增大,边坡失稳破坏的可能性不断提高。以大孤山露天矿内的两处边坡为例,计算了边坡的动安全系数及动态自稳临界高度,利用边坡当前实际的稳定情况验证了提出的边坡失稳判据的合理性,为预防露天矿爆破在开挖过程中边坡岩体的动力失稳提供了一定的理论支持。     

攀钢石灰石矿H3滑坡研究

四川攀钢石灰石矿曾发生多次大规模滑坡,给矿山生产造成巨大损失。以其中规模较大的Ｈ３滑坡为研究对象,分析探讨该边坡的失稳原因,建立边坡失稳概念模型,并用离散单元法论证该边坡概念模型的合理性。     

降雨作用下山区边坡稳定性分析

降雨是诱发边坡失稳破坏的主要原因,本文以坡地水文模型为基础,结合无限边坡稳定计算模型,研究降雨条件下边坡启动的临界降雨条件。通过工程算例表明:降雨量与边坡体稳定系数成反比;滑坡启动的临界降雨量随边坡坡度的增大而减少;随边坡土体内摩擦角的增加而逐渐增加,此分析对降雨型滑坡的研究有借鉴性的意义。     

藏东南公路边坡开挖模拟及稳定性分析

以川藏公路某边坡为例，对路堑开挖进行模拟并分析了开挖前后边坡的稳定性。参照现场工程地质勘察及区域相关资料，恢复了公路修建前的原始地貌，据此建立计算模型。公路修筑的快速拉格朗日法模拟揭示了公路开挖后边坡内部应力分布规律、位移变化及边坡失稳过程。而强度折减法对开挖前后边坡的稳定性评价结果也表明路堑开挖是该边坡失稳的主要原因。     

不同渗流边界条件下粉砂边坡失稳模型试验研究

研究不同渗流边界条件下粉砂边坡的稳定特性对滑坡安全评价及防灾减灾具有重要意义。开发研制了室内边坡模型试验系统,分别进行了在上部边界入渗、侧向边界入渗和底部边界入渗的边坡失稳模型试验。分析了各试验中边坡内部不同位置体积含水率、孔隙水压力和基质吸力的变化规律以及坡体破坏过程。结果表明,不同入渗边界条件下边坡土体局部由非饱和变为饱和状态,基质吸力消失,最后在坡面形成不稳定区域塌落破坏。上部边界入渗、侧向边界入渗和底部边界入渗所引起的破坏模式根据其特点可分为局部浅层破坏、多级后退式破坏和坡面滑动破坏。通过监测边坡不同位置的体积含水率,可以为渗流引发的边坡失稳预警机制提供参考依据。     

The Dynamic Evaluation of Rock Slope Stability Considering the Effects of Microseismic Damage

A state-of-the-art microseismic monitoring system has been implemented at the left bank slope of the Jinping first stage hydropower station since June 2009. The main objectives are to ensure slope safety under continuous excavation at the left slope, and, very recently, the safety of the concrete arch dam. The safety of the excavated slope is investigated through the development of fast and accurate real-time event location techniques aimed at assessing the evolution and migration of the seismic activity, as well as through the development of prediction capabilities for rock slope instability. Myriads of seismic events at the slope have been recorded by the microseismic monitoring system. Regions of damaged rock mass have been identified and delineated on the basis of the tempo-spatial distribution analysis of microseismic activity during the periods of excavation and consolidation grouting. However, how to effectively utilize the abundant microseismic data in order to quantify the stability of the slope remains a challenge. In this paper, a rock mass damage evolutional model based on microseismic data is proposed, combined with a 3D finite element method (FEM) model for feedback analysis of the left bank slope stability. The model elements with microseismic damage are interrogated and the deteriorated mechanical parameters determined accordingly. The relationship between microseismic activities induced by rock mass damage during slope instability, strength degradation, and dynamic instability of the slope are explored, and the slope stability is quantitatively evaluated. The results indicate that a constitutive relation considering microseismic damage is concordant with the simulation results and the influence of rock mass damage can be allowed for its feedback analysis of 3D slope stability. In addition, the safety coefficient of the rock slope considering microseismic damage is reduced by a value of 0.11, in comparison to the virgin rock slope model. Our results demonstrate that microseismic activity induced by construction disturbance only slightly affects the stability of the slope. The proposed feedback analysis technique provides a novel method for dynamically assessing rock slope stability and can be used to assess the slope stability of other similar rock slopes.     

二元结构库岸边坡失稳机制试验研究

水位升降条件下库岸边坡变形失稳问题是水库建设中必须考虑的重要安全性问题。二元结构是库岸岩土体的一种特有结构,其变形破坏失稳有特殊的力学机制及规律。为揭示库岸边坡处于不同坡角及不同土岩界面倾角条件下的失稳机制,尤其是水位变化条件下库岸岩土体浸润线的分布及演化特征,文章通过构建水位升降条件下的二元结构库岸边坡物理实验模型,借助监测及摄影的技术手段观测边坡土体内浸润线及岩土体变形破坏特征,揭示二元结构库岸边坡的变形失稳机制。研究结果表明:二元结构库岸边坡在水位升降条件下整体坡角的改变会引发不同的变形破坏模式:55°边坡以垮塌失稳为主,35°边坡稳定性较好,45°边坡易发生由坡脚破坏牵引的局部失稳;土岩界面倾角对边坡稳定性也产生较大影响,较大的倾角易于引发坡体沿土岩界面发生滑动失稳。本研究结果可为揭示二元结构库岸边坡失稳致灾机制及有效防治提供借鉴。     

锁固型斜坡失稳机理及其物理预测模型

稳定性受潜在滑面上锁固段所控制的一类斜坡,称之为锁固型斜坡,其失稳机理较为直观明确,我们认为突破斜坡失稳预测这一世界性科学难题应从该类斜坡入手。本文总结了当前有关锁固型斜坡的分类研究,认为可将其分成两大体系;指出锁固型斜坡演化3阶段与锁固段变形破坏过程之间存在内在联系,其演化过程之所以出现加速蠕滑阶段,是因为锁固段损伤累积至体积膨胀点后所致;发现锁固段峰值强度点和残余强度点可视为锁固型斜坡演化进程中的两个特征灾变点,其分别对应着突发型和渐变型滑坡的发生;基于锁固段损伤本构模型和重正化群理论,导出了体积膨胀点、峰值强度点与残余强度点三者之间的量化力学联系,构建了锁固型斜坡失稳的物理预测模型;据此模型对盐池河山崩、新滩滑坡和Libby坝左坝肩楔形岩质滑坡的回溯性预测效果良好,并可合理解释其失稳机理;阐述了该模型的使用原则和配套技术方法,以便于实际应用。     

基于强度折减法的边坡安全预警及失稳判据研究

传统强度折减法难以对实际边坡失稳进行动态预测或预警。基于边坡失稳变形的演化规律,获得边坡特征点位移量与稳定状态的关系。利用强度折减法对边坡强度进行逐步折减,进而构建边坡折减系数与特征点位移间关系曲线,结合边坡失稳演化规律,以特征点处位移值的突变作为边坡失稳判定依据,提出一种边坡失稳预警位移值和极限位移值的确定方法,实现了对边坡安全性进行预测预警。