三峡库区软硬互层近水平地层高切坡崩塌研究

由泥、砂岩互层或厚层砂岩夹泥岩等形成的类似“夹心饼干”的软硬互层近水平层状结构边坡,是三峡库区分布较为广泛的一种结构类型边坡。由于泥、砂岩风化速度的不同而产生的崩塌灾害现象是三峡库区最为常见的一种地质灾害,首先,从地形地貌、地层岩性、结构面组合、降雨作用和风化作用等方面对软硬互层高切坡的崩塌形成原因进行研究,软硬岩的差异性风化而造成的软岩空腔和硬岩中的结构面组合是造成崩塌的主要原因;其次,基于野外调查的地质现象分析,得到了软硬互层高切坡崩塌主要有倾倒、滑移、塑流拉裂、悬臂拉裂、错断等破坏机制,并概化出了各类破坏示意图;通过离散元数值模拟,对泥砂岩软硬互层高切坡崩塌的形成破坏过程进行了再现和分析,其破坏过程为泥岩剥落-岩腔-砂岩裂隙张开-危岩体弯曲-倾倒崩塌-堆积坡脚;最后,在三峡库区高切坡各类破坏机制的基础上,提出了相应的处治对策。研究成果对三峡库区高切坡地质灾害的认识和防治有一定的意义。     

地下水流数值模型的分解与叠加

叠加原理在水文地质计算中的应用相当普遍,但一般局限于地下水流模型的解析解,本文扼要介绍了线性定解问题的叠加原理,在此基础上提出了线性离散模型的叠加原理,进而讨论了线性离散模型的叠加原理在地下水流数值模型中的应用一一地下水流数值模型的分解与叠加.模型分解与叠加既可用于解析分析也可用于数值计算;同时不仅可以简化复杂模型的求解问题,更有助于理解地下水变化过程.     

应用离散元强度折减对复杂边坡进行稳定性分析

介绍了离散元（DEM）及强度折减法基本原理,利用3DEC软件结合强度折减法对某水电站高边坡进行稳定性分析。对岩体强度参数进行折减,以关键点位移与时间关系曲线发散时的折减系数作为边坡安全系数,根据位移矢量图确定滑面和破坏形态。通过与Dijkstra极限平衡有限元法及Sarma法的计算结果对比,验证该方法的可靠性。在二维计算基础上建立并简化三维模型,模拟边坡三维应力场。结合工程关注区域的应力及位移趋势,采用3DEC中的辅助节理截取典型坡段单宽模型,在已有的三维应力场的基础上对其进行强度折减,弥补了二维强度折减未考虑三维应力场对边坡稳定性影响的不足,把握了工程重点及力学特性,为类似工程提供了一种合理高效的稳定性分析手段。     

中国典型盆地油页岩特征及赋存规律

我国陆相盆地油页岩矿床特征多样,尚未形成统一的分类体系,本文以典型盆地松辽盆地、抚顺盆地和桦甸盆地、准噶尔盆地以及鄂尔多斯盆地为例,分别开展了离散型大陆裂谷盆地、转换型走滑盆地、汇聚型前陆盆地及板内型克拉通盆地4种类型解剖,总结了各类型盆地油页岩特征及矿床赋存规律。其中：离散型大陆裂谷后热沉降坳陷演化阶段沉积的油页岩具有有机质类型Ⅰ型、含油率中等、厚度中等、分布面积广的特征,易形成特大型油页岩矿床;离散型大陆裂谷同裂谷沉降断陷阶段沉积的油页岩具有有机质类型Ⅱ₁-Ⅱ₂型、含油率中等、厚度中等、分布面积小的特征,易形成中型油页岩矿床;转换型走滑盆地油页岩具有有机质类型Ⅱ₁-Ⅱ₂型、矿床赋存特征差异较大的特征,这主要取决于走滑运动断陷的构造沉降量,该类型盆地既发育中等含油率、巨厚的油页岩矿床,也发育高含油率、厚度薄的油页岩矿床,但总体分布范围较小,易形成中小型油页岩矿床;汇聚型前陆盆地陆相磨拉石阶段沉积的油页岩具有有机质类型主要为Ⅰ和Ⅱ₁型、含油率较高、厚度大、分布局限、地层产状变化大的特征,易形成大型油页岩矿床;克拉通型盆地陆内坳陷阶段沉积的油页岩具有有机质类型主要为Ⅰ和Ⅱ₁型、含油率中等、厚度稳定、分布面积广的特征,易形成特大型油页岩矿床。在所有盆地类型中,半深湖-深湖环境、高水位体系域和水进体系域是油页岩形成的有利场所。     

不同级配珊瑚砂水泥胶结体的破坏行为分析

为探究不同级配的珊瑚砂水泥胶结体在静、动荷载下的破坏行为,利用落锤冲击试验机对不同级配的珊瑚砂水泥胶结体试样进行了一系列冲击试验,并结合静力压缩试验,综合分析了珊瑚砂水泥胶结体的力学行为及破坏形态。试验结果表明：珊瑚砂的级配区间越广,其水泥试块的抗压强度越大、抗冲击性能越强、受冲击破坏程度越小且破碎角逐渐递减;珊瑚砂水泥试块在不同种类的荷载作用下展现出不一样的破坏形态,区别于混凝土试块。在此基础上,建立了三维离散元模型,以模拟的应力-应变曲线与静力试验结果相吻合作为PFC细观参数的选取原则,并利用该细观参数对试块冲击试验进行数值重现。通过细观分析可以看出：从裂隙分布角度分析,随着级配区间越广、平均粒径的增大,均匀且分散的冲击微裂隙会越来越集中往某个方向发展,使得试块的裂缝数量减小、破损程度减轻。从系统黏结力角度分析,级配区间范围窄的试块内部黏结力较小且分布均匀,级配区间范围广的试块内部黏结力较大且分布不均匀。     

土石混合料剪切特性影响因素的离散元数值研究

土石混合料剪切特性控制着高填方边坡的稳定性。土石混合料特殊的结构、物质及粒径组成等极其复杂,为探究土石混合料剪切特性影响因素及其规律,在室内试验基础上,基于PFC2D构建了颗粒离散元数值模型,分析了颗粒级配、初始孔隙率、块石尺寸及块石形状等因素对土石混合料剪切特性的影响。结果表明:土石混合料的剪应力-剪切位移曲线主要包括4个阶段:弹性变形、局部剪切、剪切破坏以及残余变形;块石形状、颗粒级配及初始孔隙率对土石混合料的破坏模式无明显影响,破坏模式均为应变软化型;当土石混合料的颗粒级配较差时,剪应力随剪切位移的增加出现较大波动,曲线出现明显"跳跃"现象;当含石量一定时,相同法向应力条件下,块石尺寸越大,土石混合料的抗剪强度越大,且随着法向应力的增大,不同块石尺寸的试验组之间抗剪强度差值也越大,块石尺寸对土石混合料抗剪强度的影响越明显。     

碎石集料变形机理的块体元数值试验分析

块碎石作为道砟材料能够分散列车动荷载, 加之其内部含有大量空隙, 具有良好的对流换热特性, 作为冷却冻土路基的材料在青藏铁路建设中被广泛使用。但在列车荷载的作用下, 碎石集料会发生压密、 变形乃至破碎从而影响冷却效果。因此, 研究碎石层的变形过程及机理具有十分重要的现实意义。基于块体离散元法, 对块碎石集料的三轴剪切试验进行了数值分析, 将所得应力-应变曲线与室内试验结果进行了对比, 发现两者能较好地吻合, 说明块体离散元法能够较好地模拟块碎石集料的受力变形过程。结果表明： 增大围压或块体粒径, 块体单元受到的作用力加强, 集料的偏应力强度和抗剪强度值也随之增大。碎石块体在剪切作用下沿其接触面滑动分离, 形成X形剪切带是集料变形的主要形式, 此外在径向方向出现不同程度的扩张。基于试验和块体元研究路基碎石层的思路和方法可为今后评估青藏铁路碎石路基的热力稳定性提供理论依据和参数储备。     

框架结构在地震作用下倒塌的离散单元法仿真分析

本文建立了适合框架结构倒塌分析的离散单元模型,并且研究了模型的破坏准则、阻尼等参数确定方法。对框架结构在地震作用下的倒塌全过程进行了数值分析和可视化仿真模拟。算例表明,本文方法是有效的,可以较正确地分析剪切型框架结构的倒塌破坏过程。     

基于粗糙模型的模糊地理对象空间拓扑关系研究

在粗糙集的基本概念上,基于上、下近似集定义了二维离散空间中的粗糙区域和粗糙模型,用粗糙模型描述二维离散空间中的模糊地理对象,并给出了粗糙区域的3种类型:确定—确定类型、确定—模糊类型、模糊—模糊类型。在离散空间的空间连接计算理论RCC-D-5的基础上,定义了模糊地理对象拓扑关系之间的拓扑约束关系,并依据概念临近推演和拓扑约束关系,研究得出二维离散空间中简单模糊地理对象之间的73种全拓扑关系,并基于4×4相交包含矩阵进行了描述,使得复杂的拓扑关系在计算机中描述和表达成为可能。