岩溶土洞演化及其数值模拟分析

土洞是覆盖型岩溶区一种隐伏的不良地质现象。土洞在水的作用下发育演化最终形成塌陷,可通过地下水位的变化来研究土洞发育和塌陷的形成。同时土洞的演化会造成覆盖土体不均匀位移和应力重分布,可通过覆盖土体位移和应力变化来进行研究土洞演化过程。采用FLAC3D三维有限差分程序,分析覆盖层垂向位移场表明:最大垂向位移出现在土洞顶部,使拱顶出现拉张破坏,并可根据洞顶土层位移的数值模拟结果,划分“等沉面”确定土洞扰动的土层深度。分析覆盖层剪切应力场表明:在土洞拱趾部位出现剪应力集中,会造成拱趾的剪切破坏,并可根据洞顶“剪应力低值区”,判断覆盖层中土拱效应的存在。分析覆盖层塑性区表明:较为坚硬的黏土层中,土洞以拱顶塌落和拉张破坏为主,最终可以形成坑壁较为陡直的桶状或坛状塌坑。土层较为松散时,以拱趾的剪切破坏为主,最终可以形成锥碟形塌陷坑。利用“剪应力低值区”,“等沉面”和“塑性区”可综合判断土洞的稳定性以及覆盖层所能形成的极限土洞大小。岩溶土洞演化规律及数值模拟研究对岩溶塌陷（土洞）早期监测和评价有着重要的理论及工程意义。      

化学灌浆在岩溶地区软土及土洞地基处理中的应用

化学灌浆是进行软基处理的一种有效方法之一,结合某工程实例,介绍了化学灌浆原理、施工工艺、施工设计及沲工控制,并在以往的施工经验中提出了一些探讨性的看法。     

覆盖型岩溶地区隐伏土洞探测实例

采用先地震探测后静力触探探测验证的方法可较好地确定出覆盖型岩溶地区隐伏土洞的大小、形态、塌陷松动范围以及洞内充填情况等,文章通过工程实例详细地介绍了这种综合探测原理和方法,并分析了不同地质环境中土层的静探曲线特征。这种综合探测方法对覆盖型岩溶地区的工程地质勘察具有一定的指导意义。     

岩溶(土洞)塌陷TDR监测试验研究

结合土洞的分布和形成演化的特点,采用具有分布式特点的同轴电缆时域反射(TDR)技术开展岩溶土洞监测研究。通过室内同轴电缆的抗拉、胶结同轴电缆的抗折等试验,以及在建高速公路上铺设方法的对比,得到以下结论:TDR用于野外岩溶土洞发育区的监测是可行的,但要求同轴电缆的拉断荷载低于200N,水泥砂浆的配比在1∶3～1∶4之间,且梁式胶结同轴电缆铺设方法较好。     

黔北岩溶台地粘性土－碎石层土洞发育特征及地基处理

贵州珍酒厂技改工程建筑汤地位于岩溶台地上,第四系为粘性土－碎石层,发现土洞３０个。从钻探和探井对土洞揭露表明,汤地土洞存在两种类型,一种是潜蚀作用形成的竖井状类型土洞;另一种主要是受粘性土－碎石层结构性质控制发育的非竖井状类型土洞。从土洞类型着手,根据地基强度要求,对不同类型土洞采取了相应的处理措施。      

基于FLAC3D的岩溶土洞演化及数值模拟分析

以栖霞市中桥地区岩溶塌陷为研究对象,结合野外钻探、岩矿试验的地质、工程地质资料,采用FLAC3 D软件对"粉质粘土+透水土层+粉质粘土+灰岩"型岩溶塌陷模式进行模拟,通过对地下水位下降过程模拟、土洞开口大小及临界致塌水位降幅的确定,最终得出覆盖层25 m情景下,临界土洞最大安全高度为3.5 m,水位降幅1.20 m。岩溶区土洞的演化及数值模拟分析对于岩溶塌陷预报预警有着重要的理论意义,为保障人民财产安全提供依据。     

基于BOTDR技术的深埋岩溶土洞监测分析

岩溶洞穴发育成地表塌陷影响因素复杂。为了获得岩溶土洞监测标识区域的应力特征,在太沙基松动土压力理论基础上,对岩溶土洞发育历程中松动区竖向土压力进行了分析。松动区的空间位置由洞穴特征及其上方岩土介质的物理、力学性质决定;平面应变和非平面应变条件下,松动区竖向土压力的分布特征差异明显。根据岩溶土洞上方松动区竖向土压力的分布特征,结合BOTDR技术优点,提出应用BOTDR技术监测岩溶土洞的发育,针对光纤监测系统设计中光纤布线型式进行了分析。岩溶土洞应力场变化特征的定量研究对光纤传感技术应用于岩溶土洞监测设计提供理论依据和指导。      

土洞型岩溶地面塌陷物理模型

为了进一步深入研究覆盖型岩溶地面塌陷的发生条件和机理,在罗小杰关于土体塌陷理论的基础上,着重研究了土洞型地面塌陷地质现象、地质模型、物理模型及其数学表达式。土洞的形成和发展与地面塌陷是土洞型岩溶地面塌陷的两个阶段。根据塌陷过程中的宏观地质现象,结合土体在变形中的运动学响应特征及其周围土体变形表现,建立了土洞型岩溶地面塌陷的地质模型。在此基础上,进一步概化了土洞型岩溶地面塌陷的物理模型;结合文献中其他主要塌陷机理,进行了土洞顶板受力分析;依据极限平衡理论,提出了具有普适性的数学表达式;探讨了土洞顶板临界厚度的影响因素,认为土洞顶板临界厚度与洞径、外加荷载增量以及较高的顶板抗剪强度呈正相关性,与较低的顶板抗剪强度呈负相关性。     

单层土体结构岩溶土洞的形成机理

岩溶土洞是岩溶区工程路基施工中的主要地质灾害。本文首先对广西桂林阳朔高速公路雁山段、西气东输二线工程广西贵港段两个典型工程路基单层土体结构的岩溶土洞进行详细剖析,然后通过室内模型试验、崩解试验的验证,研究岩溶土洞的形成机理。结果表明:单层土体结构的岩溶土洞发育是先从基岩面逐渐往地面发展,在发展过程中,对于较厚的土层,岩溶土洞的发育与扩展分为3个阶段:(1)基岩面附近的土洞形成与地下水位的承压状态和地下水位初始下降速度密切相关,土洞的形态主要以缝(洞)的形式出现,规模较小,多形成于土体中的裂隙面或非均质部位;(2)在地下水包气带(季节变动带)土洞的扩展以崩解为主,规模较大;(3)近地表(垂直渗入带)土洞扩展机制以上部降雨入渗、洞顶剥落为主,崩塌块体较大。      

电测深法在广东英德监狱土洞勘查中的应用

文章介绍了电测深法在土洞探测中的异常特征:土洞在电测深拟断面上反映为近等轴状的封闭或半封闭低阻异常;结合土洞所处场地内的岩土分层和物理学性状,如塑性状态及其含水量等.尝试性地分析了如何区别充填土洞和"空洞".介绍2个工程实例应用电测深法取得的勘查成果.     

ANSYS在大坝数值模拟中的应用

阐述了ANSYS大型有限元分析软件的功能和分析过程;基于现场调研和实测收集的相关坝体资料,用ANSYS对阜新电厂四灰场主坝进行了数值模拟及分析,得出了坝体位移、各种应力等值线、应变、破碎区域等重要信息,其结论可为土坝运行期间的精密监测提供依据,并及时向企业单位及设计部门反馈信息,保证坝体运行安全、经济、合理。     

ANSYS在云龙水库心墙堆石坝三维地震反应分析中的应用

对比研究了瞬态热传导方程和孔压增长消散方程,提出了一种利用ANSYS温度-结构耦合场进行土石坝有效应力动力分析的方法,这种方法通过动态调整材料参数,使总应力分析更加贴近实际情况,因此是一种改进的TT方法。这种方法具有很好的计算稳定性,适合用于长持时的地震反应分析。最后,利用这种方法对对云龙水库心墙堆石坝进行了动力计算,得到了有价值的结论。     

ANSYS在煤矿开采数值模拟中应用研究

以典型矿井山东华丰矿、阜新五龙矿和北京大台井为例,利用ANSYS有限元软件,对煤矿开采引起的地表沉陷、冲击地压危险区域确定和俯伪斜采煤法参数优化进行了数值模拟分析.分别针对所处的地质条件和赋煤状况,建立了二维或三维有限元模型,模拟计算了地表沉陷曲线和最大沉陷位置,指出山东华丰矿随开采推进沉陷位移和影响范围将逐渐扩大,最大沉陷位移逐步向开采方向前移的规律,当开采800 m时出现最大下沉速度3.5 mm/d,最大沉陷位移为3.7 m.五龙矿311面当开采100m和400 m时分别由于火成岩墙和应力集中区贯通导致顶板易断裂而极易发生冲击地压事故;大台井俯伪斜采煤法煤层倾角只有在60°～67° 时,推采距离才对煤层顶板法向最大压应力具有明显影响,且顶底板法向最大位移规律为上部位移大于中部位移,西中部位移又大于下部位移,在煤层倾角70°时,工作面超前支撑压力作用范围最小为30 m,而下巷道支撑压力作用范围最大为25 m,巷道数为3时,顶板下巷道超前支撑压力峰值位置为5.3 m.ANSYS计算结果表明,该数值模拟是合理的,与实际情况基本吻合,说明ANSYS在煤矿开采领域是一种有效的数值模拟工具.     

大型有限元软件ANSYS在堆山工程中的应用

建筑垃圾堆山造景是生态城市建设中的一个新课题,是有效处理及利用建筑垃圾的新方法,然而地基基础沉降和山体稳定性是建筑垃圾堆山造景中山体设计的关键.现利用大型有限元通用软件ANSYS对山体在自重载荷作用下的沉降和稳定性进行实体模型仿真计算,并与工程常用简化计算进行比较,两者结果基本一致.并在有限元计算中,利用ANSYS有限元软件中的参数化设计语言(APDL)编制了山体塑性判别程序,进而对山体堆填过程的沉降和稳定性有一个整体的了解,这对山体的施工有巨大的指导意义.这将为类似工程山体设计和施工控制提供有效依据.     

地热井U 型管周围土壤温度场的ANSYS 模拟

埋管换热器和岩土的传热是个复杂过程,利用有限元仿真分析两者的传热过程是有效的办法。通过与单井二维模型的对比分析,建立二维群井传热模型,模型为9 口间距为4 m 的储热井,模型传热过程遵循经典传热理论。按照ANSYS 网格划分原则,将求解区域划分为最大边长0. 1 m,最小边长 0. 01 m 的单元。在地埋管内侧加载热流密度,外边界加载地温边界条件,经过模拟72 h 的储热过程,精确得出群井周围岩土体的温度场变化规律,求解区域最高温度为40. 263℃,最低温度为10℃,影响半径约1. 4 m,温度的升高幅度会减缓,并得到了温度及热量迁徙的规律。模拟结果与实际测量结果相符。     

基于ANSYS软件模拟桩的挤入过程

基于ANSYS软件分析了桩土之间的相互作用,模拟了桩打入时土中的应力、应变情况。通过结合ANSYS中的接触分析和生死单元,以DP材料来模拟土体,采用循环命令的方式来分析桩土接触时复杂的应力状态。模拟结果得到了圆孔扩张理论和极限平衡法的验证。     

ANSYS软件中修正剑桥模型的二次开发

ANSYS软件具有很强的非线性计算功能和前、后处理能力,是目前世界上最强大的通用分析程序之一。标准ANSYS程序中包含众多的材料本构模型,但尚缺少岩土工程数值计算中常用的修正剑桥模型。为扩展ANSYS在岩土工程领域的计算能力,利用二次开发工具UPFs和数据接口将修正剑桥模型连接到标准ANSYS程序中。二次开发的核心是本构模型子程序UMAT.F的编制。子程序的编写一方面要符合修正剑桥模型的本构关系式和弹塑性有限元计算的特点;另一方面变量名和输入输出格式必须和标准ANSYS程序一致。对二次开发后的ANSYS程序进行了典型算例的验证。结果表明,在ANSYS中加入修正剑桥模型的方法是可行的,可推广到ANSYS对于其他材料本构模型的二次开发中。     

预报预警在地质灾害防治中的应用

本文介绍了江西地质灾害气象预报模型的建立、计算方法,以及预警预报在地质灾害防治工作中获得的成功,对类似条件地区的地质灾害防治工作,具有一定的借鉴作用.     

GIS-PModflow联合系统在松嫩平原西部潜水环境预警中的应用

针对松嫩平原西部地下水潜水位变化对环境产生影响的现状,运用GIS-PModflow联合系统确定了地下水环境预警警戒线,采用以不至于发生土壤盐碱化的潜水临界水位作为上警戒线值,以潜水开采极限深度作为下警戒线值。在对系统模型概化的基础上,进行了潜水位的数值模拟和预报。利用GIS空间分析方法对图像数据进行栅格叠加和属性判断,通过对预报水位与警戒水位对比,进行水环境预警。结果表明,研究区2015年的警情较1999年增加,且以灌溉后潜水位上升引起的土壤次生盐渍化的警情为主。