基于内外功率比的非直线坡面型边坡的稳定系数研究

在边坡稳定性上极限分析中, 由于考虑了材料的理想弹塑性本构关系与相关流动法则, 相比极限平衡法更符合岩土材料的特征。在以往的二维边坡极限分析上限法中, 要求坡面形态为规则的直线, 而无论是天然边坡还是人工边坡, 边坡的坡面形态往往并非规则的直线。此外, 以往的边坡极限上限分析中得到的稳定数N_s=c/γH主要针对土坡的临界高度计算, 且未考虑孔压等外力对边坡施加的外功率。不同于传统极限平衡法采用静力学的平衡条件, 本研究针对非直线型坡面边坡稳定性问题, 假定滑动面为对数螺旋线, 基于极限分析上限定理和虚功原理, 提出了一种边坡发生旋转破坏时旋转中心的确定方法, 推导出了非直线型坡面边坡的重力虚功功率和能量平衡方程的解析解, 并提出了基于内、外功率之比的稳定系数K用以评价边坡的稳定性。通过算例比较了不同形态天然边坡的稳定性和人工削坡对边坡稳定性的影响, 并分析了边坡的坡度(β)、土体的内摩擦角(φ)、黏聚力(c)以及孔压系数(r_u)对稳定系数K的影响规律。对于坡度较大的边坡, 通过削坡改变坡面形态提高了边坡的稳定系数K。稳定系数K随黏聚力的增加而非线性增大, 随孔压系数的增加而降低。当黏聚力相对于孔压系数对边坡稳定性影响更大时, 稳定系数K随内摩擦角的增加而增大; 反之, 稳定系数K则随内摩擦角的增加而减小。以上结果符合对边坡稳定性分析的普遍认知, 验证了模型的合理性。另外, 通过将该方法与传统的Bishop法的计算结果进行对比, 发现安全系数F_s=1与稳定系数K=0的临界状态物理意义相同, 稳定系数K随黏聚力非线性增加, 更符合边坡的渐进破坏过程。      

3种附属管排布方式对主管路水动力特性的影响

【目的】研究均匀流多管束干涉流动下圆柱受迫振动的水动力特性。【方法】基于SSTκ-ω模型,在亚临界雷诺数下(Re=1×10⁵)对多管束共振强迫的涡激振动问题进行二维数值模拟,比较与分析三种典型附属管排布方式对主管路流体动力学特征的影响。【结果与结论】采用模型3下的附属管排布方式可在较大范围的振幅比下(A_y/D=0.1~0.8)有效改善主管路水动力特性:1)有效降低主管路上平均升力系数的幅值;2)抑制在单管路系统中出现的脉动升力系数突变衰减。同时,由于多管束对流动产生干涉效应,主管路上表现的尾迹涡度随着振动幅度的增大而呈现出不同的模式。此外,功率谱密度分析发现,多管束系统相较于单圆柱系统,在频率比为1时,模型2与模型3的共振“锁定”状态得到改善。     

基于SBAS-InSAR技术的阿海电站滑坡形变监测可靠性分析

利用2017-07～2019-04 Sentinel-1A数据对阿海电站区域滑坡形变速率及位移时间序列进行监测分析,并利用同期GPS数据对SBAS-InSAR监测结果的可靠性进行评价。结果表明,在InSAR观测时间内滑坡形变量从坡体后缘向前缘逐渐递增,最大形变速率可达136.7 mm/a,最大累积形变量达216 mm;在形变量较小区域,SBAS-InSAR与实测GPS值较为接近,精度较高,但在形变梯度较大区域,两者还存在一定差异。     

冻土地基中锥管板条装配式基础抗拔承载性能试验研究

为了分析冻土地基中输电线路基础发生冻拔破坏的科学问题, 以锥管板条装配式基础为研究对象, 采用室内模型试验测试及分析的研究方法, 开展了不同环境温度下, 冻土地基的冻结试验和基础的上拔加载试验, 分析了地基温度场、位移场的分布特征以及基础抗拔承载力与温度之间的关系, 揭示出上拔荷载作用下冻土地基的破坏模式。研究结果表明: 冻结试验中, 模型基础的冻拔位移均小于周围地基土体的冻胀位移, 基础对地基土体的冻胀存在反约束作用, 距离基础越近, 约束作用越明显; 不同冻结环境温度下基础的上拔加载试验中, 抗拔极限承载力均随环境温度的降低近似呈线性增大, 增加速率接近1.8 kN/℃; 在冻结与上拔力双重作用下, 地基土体首先出现局部张拉破坏, 随着上拔荷载的不断增加, 地基土体逐渐由局部张拉破坏过渡为整体剪切破坏。研究成果可为这种形式的基础在冻土地基中的应用提供理论依据和实践经验。      

上硬下软地层中h型桩与滑坡相互作用机理模型试验研究

组合式抗滑桩是加固大型滑坡的有效防护措施, 但上硬下软等复合地层中h型抗滑桩的加固机理仍有待深入研究。基于一套自主研发的上硬下软地层滑坡-h型抗滑桩物理模型试验装置, 综合应力应变监测、激光测距仪、高速相机与粒子图像测速(PIV)技术研究了上硬下软地层滑坡中h型桩的位移、内力响应规律与滑体变形破坏特征, 揭示了上硬下软地层条件下h型桩与滑坡相互作用机理。研究结果表明, 在坡顶荷载逐渐增加的条件下, h型桩加固的上硬下软地层滑坡的演化阶段可划分为蠕变阶段、匀速变形阶段、加速变形阶段和破坏阶段4个阶段。受连系梁影响, 前排桩与后排桩桩顶位移较小, 应变最大值出现在靠近滑面深度处; 后排桩弯矩呈"S"型分布, 前排桩弯矩呈三角形分布, 负弯矩最大值位于连系梁下方20 cm处。随着硬岩体积分数(φ_β)增加, 桩顶位移逐渐减小, 前、后排桩最大弯矩值也逐渐减小, 但硬岩体积分数超过60%后最大弯矩值变化幅度较小。当φ_β=20%和40%时, 后排桩土压力总体呈抛物线形式; 当φ_β=60%和80%时, 土压力总体呈反"S"型, 且滑面附近出现第二个土压力峰值; 前排桩土压力分布形式均为抛物线型。试验结果可为组合式抗滑桩加固机理研究和设计提供理论支撑。      

断层破碎带条件下组合式圆截面抗滑桩加固边坡效果研究

随着我国公路建设不断向山区深入, 在地质构造复杂区公路边坡遇到断层破碎带的情况日渐增多, 亟需开展阻滑能力强的抗滑桩结构加固边坡研究。传统的人工挖孔桩施工模式存在高风险、低效率等缺点, 而组合式圆截面抗滑桩具有施工效率高、安全便捷等特点, 为此, 探究其对含断层破碎带边坡的加固效果具有现实意义。采用自主设计的边坡物理试验系统, 设计了5种不同破碎带厚度与组合式圆截面抗滑桩组合的物理模型, 采用坡顶逐级加载的方式模拟加载, 监测桩身应变、桩顶位移和桩后土压力, 采用高速相机捕捉滑体变形破坏图像, 并使用粒子图像测速(PIV)技术对图像进行处理。研究结果表明: 组合式圆截面抗滑桩通过限制桩后滑体水平位移, 并将滑体限制在前、后排桩间来达到加固边坡的效果; 滑体演化分为变形压密、加速变形和破坏滑移3个阶段; 前、后排桩桩后土压力比值介于1/3~1/2之间; 随断层破碎带厚度增加, 滑体水平滑移速率增大, 组合式圆截面抗滑桩的桩顶位移增大, 桩身最大正弯矩减小。模型试验与数值模拟计算的弯矩及桩顶位移较为吻合, 研究成果可为边坡工程组合式圆截面抗滑桩设计提供一定借鉴与参考。      

Dynamic response of a slope reinforced by double-row antisliding piles and pre-stressed anchor cables

Large-scale shaking table tests were conducted to study the dynamic response of a slope reinforced by double-row anti-sliding piles and prestressed anchor cables. The test results show that the reinforcement suppressed the acceleration amplification effectively. The axial force time histories are decomposed into a baseline part and a vibration part in this study. The baseline part of axial force well revealed the seismic slope stability, the peak vibration values of axial force of the anchor cables changed significantly in different area of the slope under seismic excitations. The peak lateral earth pressure acting on the back of the anti-sliding pile located at the slope toe was much larger than that acting on the back of the anti-sliding pile located at the slope waist. The test results indicate an obvious load sharing ratio difference between these two anti-slide piles, the load sharing ratio between the two anti-sliding piles located at the slope toe and the slope waist varied mainly in a range of 2-5. The anti-slide pile at the slope waist suppressed the horizontal displacement of the slope surface.     

潜江凹陷盐间页岩油储层孔隙结构分形表征与评价

目前, 众多学者从地球化学特征、储层物性特征等方面对潜江凹陷潜江组页岩展开了较多研究, 并取得了一定的进展, 但对其孔隙的复杂性、形成孔喉的主要矿物及其影响因素的分析存在盲点。依据分形理论, 结合氮气吸附实验、高压压汞实验, 选取沉积位置不同的BX7井以及BYY2井, 分别对潜三段第四亚段(Eq₃4-10)页岩的比表面分形特征、孔隙结构分形特征以及孔喉分形特征进行了评价, 分析了其影响因素。结果表明, 该地区的孔隙表面较为平整, 比表面分形维数D1趋近于2, 孔隙表面的粗糙程度主要受黏土矿物本身特性影响。相较于沉积边缘的BX7井, 位于沉积中心的BYY2井储层孔隙结构分形特征更为简单。小孔径孔隙的孔体积所占比例越大, 孔隙结构分形特征越复杂。BX7井储层孔隙结构分形维数D2主要受黏土矿物以及石英的影响, 而BYY2井储层孔隙结构分形维数D2主要受白云石的影响。白云石为构成BX7井储层孔喉的主要矿物, 随白云石增加, 孔喉特征复杂, 连通性变差。BYY2井储层中石英形成的孔喉直径较小, 石英的增加会使孔隙连通性变差; 方解石形成的孔喉直径较大。页岩油的赋存会使孔隙的分形维数变小, 对孔喉分形特征的影响较小。盐类矿物的存在会阻塞孔隙, 使孔隙连通性变差。      

基于滑体渗透性与库水变动的滑坡变形滞后规律研究

三峡水库运行过程中库岸滑坡的变形演化往往滞后于库水位的变化, 表现出时间滞后效应, 而且随渗透系数和库水位波动速率的不同, 滞后效应亦不同。以三峡库区白家包滑坡为例, 通过现场调查、监测数据分析以及数值模拟的方法, 研究了滑坡在不同渗透系数k和不同库水位下降速率v条件下的变形滞后时间变化规律。研究表明: 滑体渗透系数一定时, 库水位下降速率越大, 地下水滞后越明显; 库水位下降速率一定时, 滑体渗透系数越大, 地下水下降越快。当滑体渗透系数一定时, 库水位下降速率越大, 滑坡的变形滞后时间越短; 滑体渗透系数k=0.85 m/d时不同库水位下降速率作用下滑坡的变形滞后时间为3.74~9 d, 当0.47＜v/k＜1.18时, 0.24＜相对变形滞后时间＜1;当1.18＜v/k＜2.38时, 0＜相对变形滞后时间＜0.24。当库水位下降速率一定时, 滑体渗透系数越大, 滑坡变形滞后时间越短, 不同库水位下降速率下滑坡变形滞后时间随渗透系数的变化规律大致相同; 库水位下降速率v=1.8 m/d时不同滑体渗透系数下滑坡的变形滞后时间为1.7~8 d, 当0.52＜v/k＜0.84时, 0＜相对变形滞后时间＜0.16;当0.84＜v/k＜2.12时, 0.16＜相对变形滞后时间＜0.43;当2.12＜v/k＜9时, 0.43＜相对变形滞后时间＜1。研究成果对水库滑坡预测预警具有较强的应用价值。      

基于PSR-WSVM模型的边坡位移预测

为建立高精度的边坡位移预测模型，采用相空间重构（PSR）将边坡位移时间序列数据转换为多维数据，同时构造小波核函数改进的支持向量机模型，建立PSR-WSVM模型并应用于边坡位移预测。将PSR-WSVM模型预测结果与传统支持向量机（SVM）模型、小波支持向量机（WSVM）模型和基于相空间重构的支持向量机（PSR-SVM）模型预测结果进行对比，通过平均绝对误差（MAE）、平均绝对误差百分比（MAPE）和均方根误差（RMSE）3个精度评价指标验证PSR-WSVM模型的可行性。工程实例结果表明，PSR-WSVM模型预测结果的3个精度评价指标都优于另外3种模型，边坡位移预测的精度明显提升。     

Study on original ecological tridimensional slope vegetation

No matter from the perspective of slope protection, landscape effect and construction cost, or from the perspective of ecological benefit, the development of original ecological tridimensional vegetation has become the inevitable trend for slope vegetation in pursuit of protecting ecological condition, decreasing soil erosion, maintaining ecological balance and beautifying environment of slope. The concept of original ecological tridimensional slope vegetation is proposed in this paper, and the original ecological tridimensional slope vegetation is studied through theoretical analysis and experiments. Specifically, the mechanical effect of slope vegetation in reinforcing the cohesion and shear strength of soil mass is firstly discussed, and then experiments are performed to study the water interception and containing function of slope under various vegetation conditions. Moreover, the relation between soil moisture and cohesion, the relation between root distribution density and cohesion, and the relation between root distribution density and soil shear strength are also studied based on experiments. Finally, based on field observation, the soil erosion states of slope under various vegetation conditions are comparatively studied. It is found that the original ecological tridimensional slope, which combines grass,shrub and tree, can generate comprehensive slope protection effects, and hence strengthen the slope protection ability and bring multiple slope protection benefits. Thereby, the theoretical foundation for developing original ecological tridimensional slope vegetation is established.     

考虑降雨滑坡多级滑动的改进传递系数法研究

在多级滑坡的渐进破坏过程中, 滑带不同部位的屈服程度和破坏模式不同, 强度参数也不同。在强降雨条件下, 坡表产生的张拉裂缝充水, 会产生静水压力。当前广泛应用的传递系数法对滑带不同位置取同一强度参数, 也尚未考虑到静水压力作用。为此提出了一种考虑静水压力作用和滑带不同部位强度参数差异的改进传递系数法, 对降雨引起的西安市柳西村南部的牛角沟滑坡进行了计算。结果表明: 与不考虑静水压力和滑带不同部位强度参数差异的计算方法比, 改进传递系数法计算的抗滑力相对较小, 剩余下滑力计算结果相对较大, 各级滑坡稳定性系数分别减小了约33.26%、17.92%、24.95和16.94%;而改进前的稳定性系数偏高, 可能会导致支挡工程的安全储备不足。本研究提出的改进传递系数法可为多级滑坡处置提供更安全的参考。      

基于物理模型试验的杆塔基础滑坡防护措施效果研究

大量穿越山地丘陵区的高压输电线路杆塔基础常位于滑坡灾害高易发斜坡地段, 施加适当防护措施提高其稳定性, 是保障输电线路持续安全运行的关键。为研究不同防护措施对杆塔基础滑坡的防护效果, 以湖北省巴东县燕子滑坡为地质原型, 设计制作物理试验模型, 分别开展了极端降雨条件下滑坡在无防护、施加抗滑桩与格构护坡时的物理模型试验, 从试验角度揭示了滑坡变形破坏特征与不同防护措施的防护效果。试验结果表明: 在2种极端降雨工况(50, 100 mm/h)下, 无防护的滑坡体历经了坡表冲刷、裂缝扩展、局部垮塌变形与整体滑动的演化过程; 抗滑桩措施对滑坡整体的防护效果显著, 滑坡整体处于稳定状态, 杆塔基础变形较小, 杆塔倾斜率满足规范, 但坡表会出现冲刷垮塌现象; 格构护坡措施能有效减少坡面冲刷和坡脚垮塌风险, 但在持续强降雨条件下对杆塔基础的整体稳固作用稍弱。物理模型试验结果与滑坡历史变形和实际治理效果吻合, 试验结论可为类似杆塔基础滑坡的破坏机理研究与防护工程设计提供借鉴。      

Development of a preliminary slope stability calculation method based on internal horizontal displacements

This paper proposes a horizontal displacement-based approach to determine the potential slip surface of the slope. Firstly, a group of in-situ inclinometers with an appropriate spacing in the horizontal direction is located in the model slope. The equation of horizontal displacement with time for each in-situ inclinometer is fitted during the whole simulation process. Furthermore, the intersection of each inclinometer with potential slip surface is determined by using an optimization model. The slip surface can be obtained by using least square fitting method. Finally, the feasibility and accuracy of the method are validated by a series of numerical simulations. It is noted that the optimization model taking the maximum value of displacement increment gradient as an objective has higher accuracy when compared with other optimization models. This method employed in this study provides a preliminary approach to determine the real-time slope stability based on displacement, which can also be measured by using conventional instruments on site.     

地下水硫酸盐溯源的进展、问题和发展趋势

识别地下水溶解性硫酸盐来源及其生物地球化学循环过程是保障饮用水安全和水生态安全的重要前提, 对于地下水资源的管理和保护具有重要的意义。在广泛查阅文献的基础上, 总结了不同地下水硫酸盐来源δ34S_SO4和δ18O_SO4值域范围; 综述了地下水硫酸盐溯源及硫生物地球化学循环过程解析的研究进展, 指出了存在问题和发展趋势。地下水硫酸盐来源识别方法经历了水化学方法→单同位素→双同位素→多同位素和多示踪剂定性识别→定量评估的发展历程; 因特定地域来源的硫、氧同位素差异和生物地球化学转化过程等因素的影响, 地下水硫酸盐溯源尚存在较大的不确定性。建议在地下水流系统框架上结合土地利用分布, 布置采样点采集污染源和地下水样品, 测定水化学和硫酸盐的硫氧同位素值及其他辅助性示踪剂同位素值或浓度, 利用多学科、多方法充分融合研究区水文地球化学、渗流场、土地利用等信息, 解析地下水硫酸盐的来源及其贡献, 以支撑地下水资源保护和污染防治的科学实施。