层状结构岩质边坡动力稳定性试验研究

介绍了所进行的层状结构岩质边坡动力稳定性试验。结果表明，在水平地震动加速度达到0．4g时，层状结构岩质边坡就会出现局部的层间错动现象，当水平地震加速度达到0．8g时，层间结合力较弱的边坡将发生大面积的表面滑动和崩塌。而在铅直地震力作用下，当地震加速度达到1.0g时，才会出现破坏现象。因而对层状结构岩质边坡来说，其水平地震力造成的危害是主要的。     

黑河水库坝址区岩体流变模型

黑河水库大坝坝址区由于受多次构造运动影响,岩体破碎,且风化程度差异较大.对于强风化岩层以及含有泥质充填物的破碎岩体,研究其流变属性对于保证大坝建成后的长期安全运营是非常必要的.但是水库坝址区地应力水平较低,在这种低地应力条件下,由于软弱断层带等破碎岩体与完整性好的岩体相比又具有明显的力学性质差异,所表现出的弹性、粘弹性和粘塑性特点也就各有不同,因此在建立坝址区岩体流变模型时,把软弱破碎带岩体和整体性好的岩体作为两种不同性态的物质来分别考虑.最终,经过分析研究建立了在不同地应力水平条件下的黑河水库坝址区岩体流变模型.     

兰州老狼沟黄土微地貌灾害链时空分布特征与危险性模拟研究

黄土洞穴和滑坡是黄土高原独特侵蚀作用下的微地貌景观,反映了地貌快速演化链式过程,具有分布广、发育密度高等特点,严重威胁了我国西北地区人居安全。本研究以老狼沟小流域为研究对象,利用现场调查、GIS空间分析、无人机测绘以及数值模拟等手段开展了黄土微地貌灾害链时空分布特征和危险性模拟研究。结果表明,老狼沟研究区内发育黄土洞穴、滑坡、浅沟的数量分别为134个、38个和81个,黄土洞穴密度约为159个/km2,占研究区总面积的1.88%。黄土洞穴多位于TWI高值的凹地形区域,呈线状展布排列,与浅沟发育密切。研究区2001~2021年五期核密度估计结果显示高密度中心均位于西侧斜坡,面积约为5.91×104 m2,长轴、短轴、面积、高程、周长的空间集聚程度更高。黄土微地貌灾害链演化模式可以总结为原生地貌阶段、早期侵蚀阶段、加速侵蚀阶段、侵蚀贯通阶段、局部破坏阶段。洞穴环境加剧了水分入渗程度,更易引发滑坡发生。模拟结果显示潜在滑坡运动能够对阶地建筑物造成严重破坏,受灾面积约为2.02×104 m2,滑坡运动过程为150 s,平均堆积厚度约为9.2 m,最大运动距离约为651 m。本研究是揭示黄土洞穴发育规律及其灾害链效应的有益探索和尝试,为黄土高原城镇防灾减灾提供参考。     

节理倾角对黄土力学特性影响试验研究

黄土节理种类多样、角度多变,是影响黄土力学性质的重要因素。为研究节理对黄土力学性质影响,开展含预制节理黄土试样单轴与三轴压缩强度试验,分析了非贯通节理对试样剪切破坏模式影响,探讨了节理倾角对黄土强度与变形特性影响规律。结果表明:节理试样剪切破坏均为压剪破坏,破坏模式可分为节理面与破裂面贯通型和节理面与破裂面斜交型,压力作用下非贯通节理尖端翼裂纹和次生裂纹不断萌生,易劣化扩展形成剪切破裂面;节理存在弱化了试样抗变形能力,单轴压缩条件下试样应力-应变曲线均呈应变软化型,预制节理降低屈服阶段变形模量,减小试样剪切破坏位移,加速试样剪切破坏;节理存在显著降低黄土强度,峰值强度与残余强度均随节理倾角呈现先减小后增大变化趋势,但变化幅度随围压增大而降低,黏聚力随节理倾角变化最为敏感,节理倾角60°时试样强度指标最低;预制节理倾角与黄土试样剪切破裂角越接近,节理面越易劣化贯通为剪切破裂面,试样抗变形能力越差,强度性质劣化越显著,试样越容易剪切破坏。研究成果为揭示黄土节理界面劣化对黄土边坡促滑机制提供参考。     

高陡边坡滑坡体黄土的强度特性研究

黄土台塬是黄土地区典型的地貌特征,塬边多为高陡边坡,极易发生崩塌和滑坡地质灾害。位于陕西境内泾河以南的黄土塬－泾阳南塬为典型的高陡黄土边坡,其崩塌、滑坡地质灾害频繁发生,自东南向西北的大小滑坡形成了延绵约30 km的滑坡群。对泾阳南塬滑坡群进行分析,以其中一规模较大的近年滑坡--东风滑坡为例进行了实地考察、现场测量,对滑坡体后缘和前缘的黄土进行了一系列的室内物理和力学性质试验。分析了高陡黄土边坡滑坡的发生过程和破坏机制,由颗粒分析和湿陷性试验得出滑坡体前后缘土体的湿陷液化特征。分析了不同含水率对强度参数的影响,并对比分析了原状黄土和重塑黄土的强度参数和结构性,验证了重塑饱和黄土的应力-应变关系和体应变-轴应变关系与邓肯-张模型符合较好,为高陡黄土边坡稳定性分析强度参数的合理选取提供了参考     

特殊地质城市地下空间开发利用面临的问题与挑战

我国地质环境十分复杂,地面沉降、地裂缝、活动断裂及岩溶等特殊地质现象十分发育,是世界上地质灾害最为严重的国家之一,这给我国目前大规模城市地下空间开发利用尤其是城市轨道交通和地下综合管廊的建设带来了前所未有的地质挑战。文中论述了我国城市地面沉降、地裂缝、活动断裂及岩溶等特殊地质现象的分布与发育状况及危害,明确指出了上述特殊地质环境下城市地下空间开发利用中面临的诸如监测缺乏系统性、缺少评价与安全利用理论方法和技术支撑、特殊地质与地下空间相互作用机制不明以及规划缺乏前瞻性等关键问题和挑战,建议尽快开展我国特殊地质城市地下空间开发利用的适宜性评价理论方法、规划设计理论、探测与监测技术方法以及城市地下空间资源评价、安全利用与防治关键技术等方面的研究,为我国地面沉降、地裂缝、活动断裂以及岩溶等特殊地质城市地下空间开发利用与安全运营提供重要科学依据与技术指导。     

应力路径试验前后不同黄土的孔隙分形特征

为了解不同黄土孔隙形状复杂程度的差异和应力路径对孔隙形状复杂程度的影响,对两种黄土应力路径前后孔隙分形特征进行了研究。首先比较了3种分维模型所得孔隙分形维数的可靠性,然后选用热力学关系模型,由进汞、退汞试验得到地裂缝区黄土、充填黄土初始样和三轴应力路径试验后的孔隙分布,据此分析了两种土体进汞孔隙和退汞孔隙分形维数的差异和受载后的分形维数变化,根据退汞过程仅管形孔内的汞流出及孔隙由管形孔和球形孔组成的假定,得到了应力路径试验前后孔隙形状的改变。结果表明,热力学关系模型得到的孔隙分形维数合理、可靠。初始状态,原状和重塑充填黄土的孔隙形状比原状和重塑黄土复杂;常规三轴试验后试样孔隙比减少,孔隙分形维数增加,球形孔向管形孔转变;相对于常规三轴压缩试验,减围压三轴压缩试验后试样的孔隙分形维数较小,管形孔占总孔隙的体积比例较少;总体上管形孔的分形维数比球形孔大,且基本不受应力路径的影响,其占总孔隙的体积比例随着试样宏观孔隙比的减少而增加。     

结构性黄土一维湿陷特性的离散元数值模拟

针对结构性湿陷性黄土大孔隙和胶结特性,应用离散元生成了不同含水率结构性黄土试样,研究试样的一维湿陷特性。首先,根据已有的结构性黄土试验资料和胶结颗粒材料离散元数值试验成果,建立胶结强度和初始饱和度之间的关系。其次,采用蒋明镜等提出的分层欠压法[1]和胶结模型[2]制得不同含水率结构性黄土离散元试样,然后进行不同含水率双线法和同一含水率4个压力下单线法湿陷试验的离散元数值模拟。数值模拟结果表明,提出的离散元分析方法能模拟天然结构性湿陷性黄土的主要力学性质,随着含水率的减少,结构屈服应力和最大湿陷压力增加,湿陷系数随着压力先增加后减小,湿陷起始压力为饱和试样的结构屈服应力,单线法湿陷后压缩曲线与饱和试样的压缩曲线接近。此外,模拟结果还表明,不同含水率结构性黄土离散元试样的最大湿陷系数与天然结构性湿陷性黄土相差较远,但在最大湿陷系数与孔隙比的比值上相接近;结构屈服对应着胶结的逐步破坏,湿陷伴随着大量的胶结破坏。提出了基于胶结点数目的损伤变量,研究了其在加载和湿陷过程中的变化规律。研究成果为认识黄土复杂力学特性和建立其本构理论提供了基础。     

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