灌溉作用下浅表层黄土滑坡变形破坏机理实验研究

为有效减少泾阳地区大面积灌溉活动诱发黄土滑坡对社会和经济带来的巨大损失,开展灌溉型滑坡室内实验研究,研究坡度在灌溉条件下对黄土滑坡变形破坏过程影响,具有重大的现实意义。本次实验设计了可用于坡顶和坡面的灌溉装置,同时进行了45°斜坡和60°斜坡的两组室内灌溉模型实验,且每组斜坡内埋设体积含水率传感器、基质吸力传感器和孔隙水压力传感器三种传感器记录其内部变化。通过对两组实验过程及结果进行对比分析,进而得出灌溉条件下浅表层黄土滑坡的变形破坏规律,总结出该类滑坡的破坏模式及其诱发机理。实验结果表明,实验前期随着体积含水率不断增大,基质吸力逐渐减小至基本稳定,土体强度随之减小;实验后期上部土体饱和,斜坡产生的变形和土体排水不畅产生了超孔隙水压力,有效应力随之减小,土体强度减小至最小,导致滑坡产生。同时,坡度越大,滑坡越易发生,滑面深度和滑动距离越小。     

平推式滑坡中承压水的敏感性研究

研究平推式滑坡中承压水的作用范围,有利于准确评价斜坡稳定性,对平推式滑坡的成灾机理研究和灾害防治具有较好的指导意义。平推式滑坡中岩层倾角α较小,在承压水作用范围分析时通常忽略了岩层倾角的影响。基于地下水向河渠运动相关理论,考虑岩层倾角,建立平推式滑坡地下水渗流分析模型,推导出承压水作用范围L₁新的计算公式,详细计算分析了不同透水层参数下L₁对α的敏感性,并提出了敏感倾角的概念。计算结果表明,α对L₁影响显著,这种影响程度与透水层厚度、渗流量、以及渗透系数密切相关,透水层厚度越大,α对L₁的影响越显著;同时敏感倾角受透水层厚度、渗流量、渗透系数等参数影响。最后应用新模型分析滑坡实例,验证了新模型的合理性。     

锚杆框架梁防护在膨胀土边坡中的应用研究

在湖北某高速公路,采用锚杆框架梁进行了路堑边坡防护。该防护技术采用梁-土-土钉共同作用的设计思想和Winkler地基梁、半无限弹性体的设计理论,并进行了数值模拟分析和现场施工,实践检验该防护方法效果较好。     

地质封存二氧化碳沿断层泄漏数值模拟研究

安全性和封存效果是二氧化碳（CO2）地质封存（GCS）最受关注的问题,其中以断层/裂缝引起的场地不确定性因素较为复杂。利用储层多相流模拟软件TOUGH2/ECO2N,研究了不同情境下注入深部咸水层中的CO2沿断层发生泄漏的时间、速率、泄漏量等特征。通过15个场地尺度的模型结果分析表明,CO2注入方案、断层性质（发育位置、产状、几何形态、内部结构）、系统内岩层的组合形态对CO2泄漏均有影响。相同储存环境和断层发育条件下,CO2注入速率从1.59 kg/s增加至6.34 kg/s,CO2泄漏时间提前3 706 d,泄漏量在20 a后增加至注入总量的32.43%。断层发育位置对CO2封存影响极为显著,本次研究,距注入井100 m位置的断层可造成CO2的泄漏量在20 a后高达总注入量的63.39%。相同条件下,倾斜/窄小的断层比垂直/宽厚的断层对CO2及储层咸水的泄漏影响更小。断层渗透率增加一倍,可导致CO2泄漏量增加2.11%,泄漏速率约提高0.006~0.01 kg/s。     

非饱和渗流模拟中非均匀空间网格的改进方法

Richards方程在非饱和渗流模拟及其他相关领域应用广泛。在数值求解过程中,可以采用有限差分方法进行数值离散并迭代求解,为了获得较可靠的数值解,常规的均匀网格空间步长往往是较小的。在一些不利数值条件下,如入渗于干燥土壤,迭代计算费时甚至精度也不能得到很好改善。因此,文章提出Chebyshev空间网格改进方法,结合有限差分方法对Richards方程进行数值离散以获得线性方程组,并通过经典的Picard迭代方法进行迭代求解线性方程组以得到Richards方程的数值解。通过均质土和分层土2个不利情况下的非饱和渗流算例,又结合模型解析解和软件Hydrus-1D,对比研究了改进网格方法与均匀网格方法获得数值解的精度。结果表明,提出的Chebyshev网格方法相较于传统的均匀网格,可以在较少的节点数下获得较高的数值精度,又具有较小的计算开销,有较好的应用前景。     

成层非饱和土渗流的耦合解析解

成层土在工程中很常见,研究降雨过程中成层非饱和土的渗流-变形耦合对非饱和土土力学的发展具有重要的意义。由流体质量守恒,Darcy定律和Lloret等的非饱和土本构模型可得成层非饱和土渗流-变形耦合的控制方程。采用Gardner的非饱和土的渗透系数公式以及Boltzman模型,基于Laplace变换得到耦合方程的解析解。解析及其参数分析表明,渗流和变形耦合是具有时间效应的。与吸力变化相关的土的模量F,对成层土的孔隙水压力分布有明显影响。两层土的F差异越大,孔隙水压力消散得越慢,耦合效应越不显著。增大表层土的F值有利于降低耦合效应。成层土饱和体积含水率变化对吸力变化产生有限的影响     

CCNBD断裂韧度试样的SIF新公式和在尺度律分析中的应用

根据国际岩石力学学会于1995年推荐的一种测试岩石断裂韧度的新型试样－人字形切槽巴西圆盘试样,对其断裂韧度计算公式中的关键参数即无量纲应力强度因子（SIF）提出了一个改进的计算公式。采用分片合成方法结合有限元法对CCNBD试样的应力强度因子进行了宽范围标定,结果以表格的形式给出;并采用数据线性回归的方法,将标定结果以一个指数函数的形式给出。结果表明,与标定值相比,无量纲应力强度因子新公式的误差较小,并且囊括了CCNBD试样的较宽范围的尺寸,且查表使用方便,也为理论分析提供了条件。在此基础上,对岩石断裂韧度测试的尺度律进行了更进一步的探索,结果表明,利用新公式进行的尺度律分析是有效的。     

护坡格构与坡面相互作用的研究

边坡防护中的锚固格构梁多采用Winkler假设计算内力,设计者通常忽略了边坡岩土体和格构之间摩擦阻力的影响。摩擦阻力对于预应力而言较小,但确实存在,在未加预应力锚固格构梁中不应忽略。本文提出了一种简单有效的计算方法,并结合工程实例,使格构梁的设计得以优化。     

南江滑坡群体积的BP神经网络模型与预测

基于南江县境内244个典型土质滑坡统计样本,利用BP神经网络模型,采用3种不同的方案(基于不同的评价参数)对滑坡体积进行预测。方案一选取坡高、坡度、坡向、高程、植被覆盖率、岩层倾向、岩层倾角等7项评价参数;方案二选取坡高、坡度、坡向、岩层倾向、岩层倾角等5参数;方案三选取坡高、坡度、坡向等3参数。研究结果表明:3种方案建立的BP神经网络模型都具有较高的可靠性,其预测结果都可以较好地逼近真实滑坡体积值,BP神经网络能有效应用到滑坡体积预测中;3种方案预测值与实际值基本吻合,且两者间的相关系数分别为0.87083,0.90826,0.86119,评价参数的合理选择对滑坡体积预测的准确性有着重要的影响;方案二的相关系数最高,其预测准确性最好,这表明坡高、坡度、坡向、岩层倾向、岩层倾角是影响滑坡体积的重要因素,植被覆盖率和高程为其次要影响因素。