三峡库区高切坡致灾因素及防护对策——以重庆市万州区为例

三峡库区百万移民的搬迁建设导致大量高切坡的形成。未及时治理或治理不当的高切坡,不同程度地发生破坏,影响了人们的正常生活,甚至引发了地质灾害。因此,科学认识及治理高切坡十分必要。重庆市万州区高切坡主要有风化及差异风化、崩塌和土体滑塌等破坏形式。影响破坏的因素主要为工程地质条件、气候及时间效应。针对高切坡不同的破坏形式,以安全、经济及环境和谐的人文理念作为设计指导思想,充分论证了高切坡的防护方案,即：削坡、排水以及格构防护较适合万州区高切坡的防护。这些措施,既能很好地解决高切坡的防护问题,又能兼顾环保、降低造价。研究结果可以作为三峡地区高切坡类地质灾害防护设计的参考。也可为其它流域类似问题借鉴。     

引水工程秦巴段隧洞地应力模拟及工程地质问题

利用Ansys有限元软件对三峡引水工程秦巴段线路不同深度、不同截面形态隧洞围岩的应力重分布情况进行模拟计算,得到圆形隧洞、城门形隧洞和马蹄形隧洞围岩的应力数值和等值线图.利用库仑一纳维尔强度准则,对花岗岩区及灰岩区隧洞围岩的剪切破坏进行分析;利用三种岩爆应力判别指标,对岩爆进行初步预测;进而对不同深度、不同截面形态的隧洞围岩的稳定性进行分析;最后对引水工程隧洞设计中截面形态的选择给出了初步建议.     

地震作用下夯土城墙动力响应分析——以山丹明长城为例

2022年1月8日门源M6.9地震造成山丹明长城局部破坏。为研究此次地震作用下夯土城墙的动力响应与破坏特征,基于地震现场考察结果,采用振幅等效处理后的记录地震波为输入地震动,开展双向地震荷载作用下夯土城墙的动力响应数值分析,研究不同位置测点的最大位移、峰值加速度与墙体应力分布特征,探讨地震导致夯土城墙破坏的主要内因。研究结果表明：双向地震荷载作用下,墙体位移和峰值加速度(PGA)随着高度的增加逐渐增加,但距墙体底部0.5 m高度范围内PGA放大效应不明显,最大位移、加速度均出现在墙体顶部裂缝位置处;水平地震荷载作用下墙体的地震动响应更为显著;墙体的最大主应力、最大剪应力均出现在有裂缝处的底端掏蚀悬空部位,墙体裂缝、夯筑搭接、掏蚀悬空处应力集中明显;裂缝对夯土城墙的地震动放大效应在一定高度范围内表现为弱化作用,但随高度增加逐渐过渡为强化作用;裂缝可显著增强墙体顶部地震动响应,可能是本次地震诱发城墙破坏的主要内因。研究成果可为古城墙遗址的加固修缮提供科学指导。     

岩土材料不同应力路径下脆性变化的二元介质模拟

试验研究表明,岩土材料在加卸荷时表现出不同的变形破坏特性,卸荷时脆性增加。建议了一个可以描述材料脆性变化的脆性指数 ,并验证了B指标能较好地描述岩土材料在加卸荷时的脆性变化。应用二元介质模型,对岩样在卸载周围应力过程中的应力-应变关系进行了模拟,表明这一模型不但可以模拟岩样在低围压下的应变软化到高围压下的应变硬化现象,而且可以模拟岩样在卸载周围应力过程中的变形破坏过程,特别是对于表现为应变软化的岩样,可以反映出应力峰值前后卸围压时的变形破坏过程的差别。     

均质岩体中隧道围岩破坏过程的试验与数值模拟

采用模型试验与离散元模拟的方法,对均质岩体中隧道开挖后围岩的变形破坏过程进行了研究,并对围岩变形破坏过程中围岩应力及地表位移的变化规律进行了分析,模型试验结果与数值模拟结果取得了较好的一致性。研究结果表明：隧道开挖后,拱顶处围岩变形明显并出现裂缝,围岩破坏从拱顶开始,进而呈渐进式向上发展,最终形成稳定的塌落拱;开挖后,隧道围岩径向应力减小,隧道周边一定范围内围岩切向应力减小,且随隧道变形破坏的发展,围岩切向应力减小的区域逐渐扩大;隧道塌方后,拱底垂直应力增加,开挖结束至塌方开始期间地表位移增量最大,塌方期间地表位移增量最小。     

水对受力岩石变形破坏宏观力学效应的实验研究

为了了解水对受力岩石的宏观力学效应,在MTS电液伺服材料试验系统上,对不同饱水度的砂岩、花岗闪长岩、灰岩和大理岩进行了单轴压缩试验,取得了这几种岩石的单轴抗压强度和弹性模量随饱水度变化的定量结果.结果表明,水对受力岩石的力学效应与岩石中的含水状态是密切相关的,自然状态的砂岩、花岗闪长岩浸水后,其峰值强度和弹性模量随饱水度的增加而迅速衰减,当饱水度达到某一定值时,这两种岩石的峰值强度和弹性模量基本稳定下来;文中用函数Y=Aexp（-Bx）+C对实验结果进行了最小二乘法拟合.实验中求得水饱和状态和自然状态砂岩的泊松比并没有明显差异,说明在宏观上水对该种岩石受力变形的作用是各向同性的.通过10^-5/s和10^-4/s两种不同应变率试验,发现水对受力岩石的力学效应具有时间依赖性,这一特点说明仅从有效应力原理来考虑水对受力岩石的力学效应是不够的,而应考虑应力腐蚀这样复杂的过程.此外,大理岩的试验结果表明,水对受力的碳酸盐类岩石的作用机理是一个值得进一步探讨的问题,它与水对受力的含SiO₂类岩石相比,可能存在差异.     

动载作用下岩石类材料破坏模式及能量特性

对岩石类材料的破坏模式和能量特性进行分析研究,利用ANSYS/LS_DYNA数值模拟软件模拟SHPB冲击的整个过程。通过对试验和数值模拟所得测试曲线进行对比确定模型的有效性,进而分析试件中有效应力的传播过程,提出试件张应变破坏、轴向劈裂拉伸破坏、压碎破坏的3种破坏模式;通过对数值模拟所得试件的内能-时间历程分析表明,试件的内能具有显著的应变率效应,在应变率较低时,可以划分为2个阶段,而在应变率较高时,可以划分为4个阶段。     

劲芯水泥土桩承载路堤渐进式失稳破坏机制

劲芯水泥土桩是一种软土地基处理的新方法,近年来已成功应用于公路、铁路路基处理工程中。然而由于人们对其承载路堤的失稳破坏机制认识不足,无法正确指导设计。采用反映桩体材料破坏后特征的应变软化模型,模拟劲芯水泥土桩承载路堤失稳破坏1g模型试验,通过分析路堤失稳破坏过程中桩体塑性区的开展和桩身受力的变化情况,研究了桩体的破坏顺序及其破坏模式。结果表明:路堤失稳过程中,劲芯水泥土桩并非同时发生破坏,路面正下方桩体首先发生受压破坏,坡面下方桩体自坡脚至坡肩依次发生弯剪破坏;由于桩体的存在,路基中滑动面并非完全穿过桩体破坏位置。基于桩体破坏顺序、破坏模式、受力情况变化,以及荷载传递规律,阐释了劲芯水泥土桩承载路堤渐进式失稳破坏机制。采用现行规范中基于残余强度的柔性桩处理方法,计算的安全系数与试验结果较为接近,但其适用性还需做进一步研究。     

岩溶区层状缓倾角岩质边坡变形破坏机制研究

在贵州岩溶区某大型工程台址工程地质环境条件研究基础上,采用地质历史过程机制分析法和数值模拟方法,对岩溶区层状缓倾角岩质边坡变形破坏机制作系统研究,总结出了4种变形破坏机制,即高陡的层状缓倾内边坡(A类坡)主要发生倾倒-崩落或拉裂-崩落破坏,低矮的层状缓倾内边坡(C类坡)则以小规模垮塌为主;缓倾外顺层边坡(B类坡)以滑移-拉裂型顺层滑坡或块状滑坡为主,而复合型边坡(D类坡)多以滑移-拉裂和弯曲-拉裂组合形式发生破坏.