甘肃黄土高边坡可靠度研究

以甘肃省266个黄土自然极限状态坡为研究对象,将其按地形地貌、地层岩性等特征划分为4个亚区,对每个亚区的极限状态坡高与坡宽进行双对数线性模型回归和不同置信度下的统计分析,给出4个亚区不同置信度下坡高与坡宽的相关关系。以1 024组黄土物理力学指标统计结果作为计算参数,用Bishop法的稳定系数计算公式建立极限状态方程,利用 Monte Carlo法对各亚区不同置信度下的边坡进行可靠度模拟,系统分析了坡高、坡度、参数变异性对失效概率的影响,以及失效概率与稳定系数的关系。结果表明,临洮-永靖亚区边坡坡度低于31.5?,失效概率可控制在10%以下;陇东亚区、兰州-定西-会宁亚区和天水-秦安-通渭亚区在强度参数变异系数取当地平均水平,稳定系数为1.3情况下失效概率在10%以内,稳定系数为1.2情况下,失效概率多在20%以内。     

边坡可靠度分析的非侵入式随机有限元法

提出基于非侵入式随机有限元法的边坡可靠度分析方法,并编写计算程序NISFEM。采用有限元滑面应力法计算边坡安全系数,将Hermite随机多项式展开与SIGMA/W和SLOPE/W模块有机结合实现边坡可靠度非侵入式随机分析。根据随机多项式展开系数,给出边坡安全系数前4阶统计矩（均值、标准差、偏度和峰度）和Sobol指标解析表达式,并采用Sobol指标进行边坡可靠度参数敏感性分析。最后,以均质土坡可靠度问题为例,证明该方法在边坡可靠度分析中的有效性。结果表明,边坡可靠度分析的非侵入式随机有限元法能够有效地考虑边坡变形对边坡可靠度的影响,计算效率远远高于蒙特卡罗模拟方法（MCS）,是解决复杂边坡可靠度问题一种有效地分析手段;黏聚力和内摩擦角变异性对边坡安全系数前四阶统计矩具有明显的影响,重度变异性对安全系数前4阶统计矩几乎没有影响;抗剪强度参数间负相关性对边坡安全系数均值几乎没有影响,但对安全系数标准差、偏度和峰度均有明显的影响。此外,随着抗剪强度参数间负相关性的增加,边坡安全系数由近似正态分布逐渐变为明显的非正态分布。     

力幅突变激扰作用的岩石边坡动力敏感性研究

动载荷作用引起岩石边坡失稳破坏,尤其力幅突变激扰作用对边坡稳定影响很大。对动、静载荷作用下岩石力学性质进行了分析,建立了岩石边坡非线性运动方程,分析了岩石边坡动力变形模型及非线性动力响应,得出当扰动频率增加到一定程度,滑体振幅突然增加,产生向上突跳并随力幅的增加继续增加;反之,当力幅较大并逐渐减小时,滑体振幅也随之减小,当扰动的振幅减小至一定程度,滑体振幅突然降低,产生向下突跳减小。对初始条件和力幅突变激扰对岩石力学非线性振动系统的影响进行了分析,得到初始条件的微小变化可引起系统响应的巨大差异,当振幅A极小时,线性系统的振荡很弱,它对非线性系统的作用也很弱,整个系统的运动便可看作两运动的独立叠加。当振幅A再加大到使其幅值超过非线性系统三奇点之间的间隔时,系统可以在这些奇点之间来回跃迁振荡,从而运动复杂化,随振幅A的增加,系统从倍周期运动向混运动变化,研究结果可为岩石边坡的动力稳定提供指导。     

降雨过程中边坡临界滑动场

降雨入渗过程中孔隙水压力的升高与基质吸力的降低引起边坡稳定性的下降,是导致边坡滑塌的主要诱导因素。利用饱和-非饱和渗流有限元计算得到的孔隙水压力场,基于Fredlund提出的非饱和土抗剪强度理论,对边坡临界滑动场进行改进,提出可以考虑降雨过程的边坡临界滑动场数值模拟方法,能够方便、快速地计算出边坡局部、整体安全系数和相对应的临界滑动面在降雨过程中的变化历程。将该法用于一个典型均质边坡和一个非均质边坡在降雨过程中的稳定性计算,分析降雨持续时间、降雨强度和非饱和强度参数取值等因素对边坡稳定性的影响,并将计算结果与其他方法进行比较,结果表明临界滑动场方法能搜索任意形状最危险滑面,计算的安全系数合理。     

平面应变下结构性对黄土基坑稳定性的影响

鉴于以往很少考虑黄土结构性对基坑开挖的影响,针对目前普遍存在的基坑稳定性问题,开展室内平面应变条件下的真三轴试验,建立黄土结构性与强度之间关系,通过FISH语言将其引入到基坑开挖数值模拟中,分析结构性对基坑开挖的影响。研究表明,结构性参数与强度指标的变化规律与以往研究结果基本一致,表现为结构性参数与黏聚力呈双曲线关系,但参数略有不同,其受摩擦角的影响较小;结构性影响下基坑侧壁出现明显滑带,且此时连续墙的侧向位移大于不考虑其影响时的位移,坑底隆起量亦如此。研究结果对黄土基坑工程的设计和施工具有一定的指导意义。     

基于三维地质模型的排土场边坡整体稳定性探究

目前所广泛采用的平面应变分析手段,针对排土场边坡稳定性评价时有时会出现某剖面安全系数高于设定允许值,实际中却遭破坏的现象,除了常被提及的力学参数、本构模型等因素,排土场凹形夹持效应和凸形发散作用突出以及滑体端部效应的影响,是分析结果不能准确反映实际的根本原因之一。鉴于此,从平面高程数据、地质剖面、钻孔资料等条件,配合插值效果较为稳定的Kriging法对空间数据进行插值,建立排土场三维地质整体模型。然后,采用自编FISH语言接口程序,将地质模型导入FLAC3D中离散化并计算,较为简单、有效地实现三维地质建模、模型可视化、岩土工程计算分析三位一体功能,有效地克服了平面分析无法解决的上述问题。以攀钢兰尖铁矿尖山第7排土场为实,对其整体稳定性进行应力、应变分析,采用三维强度折减法计算排土场三维整体安全系数,与现场调查及平面计算结果较为一致。基于该模型的计算结果可以有效避免排土场空间效应和滑体端部效应,得到的排土场全域应力-应变规律,对露天矿排土场的生产管理,具有一定的指导意义。     

基于加卸载响应比理论的矿柱动力稳定性分析

利用有限差分程序FLAC建立连续和并排的两类非均质矿柱模型,对矿柱在动力载荷循环作用下的破坏过程进行全时程动力分析。将加卸载响应比(LURR)理论引入矿柱动力稳定性分析中,以施加的动力载荷对矿柱作用的周期性变化作为加载量,以矿柱特征点的位移变化和破坏单元的弹性应变能的演化规律作为响应参数,建立矿柱的加卸载响应比模型,确定矿柱在动力载荷作用期间的加卸载响应比时间序列。计算结果表明,矿柱整体上处于稳定状态和趋于失稳时,其加卸载响应比Y值表现出不同的特征,通过对Y值的分析对矿柱的稳定状态进行评价,预测是否临近峰值承载能力,表明在矿柱动力破裂过程数值模拟分析中引入加卸载响应比是矿柱破坏力学行为研究的一种方便而有效的方法。     

地震动作用下均匀土质边坡的临界转角分析

均质土坡变形的整体旋转角度（即转角）与其弧形滑动特征相协调,是比永久位移更为优越的土坡变形与稳定性表征量。地震动瞬态弹性变形应变能相当于土坡系统势能的动态随机性“涨落”,临界点（临界转角）作为系统本身的一个固有特性,不受地震动随机性“涨落”的影响,土坡滑动失稳的临界转角实质上对应着系统势能的突变点。基于均质土坡地震动失稳的特点,结合突变理论,给出了确定失稳临界转角的计算公式,发现其仅与滑带介质本构模型参数 、 和滑弧半径R有关,但在本质上体现了诸因素的影响而具有广泛适用性。     

高陡复杂露天矿边坡地应力场分区非线性反演分析

地应力是边坡稳定性分析的重要因素。在杏山铁矿露天高陡边坡实测地应力数据的基础上,采用多元线性回归方法,在充分考虑岩体自重与构造应力影响的情况下,对5类11种边界条件工况进行了有限差分FLAC3D的模拟加载,反演得出研究区域内的地应力场。鉴于该方法只能对地应力场进行线性和全区反演,这对内部结构极其复杂、矿区内各个区域岩性和地形差异较大的金属矿山矿体显然是不够准确的。为了克服以上缺陷,采用了非线性的神经网络反演方法,并根据岩体的岩性分布和地形起伏将整个矿区划分为5个分区,通过引入侧压力系数k0实现分区域反演,从而得到整个矿区的地应力场。研究表明,在复杂地质条件下,神经网络方法反演出的初始地应力分布更加合理。     

缝洞型碳酸盐岩油气分布规律及成藏条件：以塔中北斜坡东部鹰山组为例

缝洞型碳酸盐岩储集层具有强烈的非均质性,其油气成藏及富集规律极其复杂,充分认识此类油气藏的形成条件及分布特点对油气藏进一步勘探及有效开发至关重要。通过对东部井区的统计分析,目的层油气性质与I号断裂带及走滑断裂密切相关,平面上塔中北斜坡东部鹰山组油气具有“西油东气,内油外气”的分布特征,纵向上油气集中在不整合面以下200 m内,沿风化壳不整合面呈“准层状”分布。从源、储、盖、运等成藏要素角度对油气成藏控制因素进行了综合研究,结果表明：该研究区发育两套烃源岩,且经历了多期充注,为油气聚集提供了充足的物质基础;后期构造抬升及断裂活动促进岩溶作用的进行,改善了储层的储集性能,为油气富集提供了有利的场所;良三段到良五段致密灰岩分布广、厚度大,可以有效封闭油气,为油气聚集提供了较好的保存条件;塔中北斜坡东部断裂及不整合面是油气成藏的关键,沟通源岩为油气运移聚集提供了良好的通道。