锦屏一级高拱坝地质力学模型材料试验研究

地质力学模型试验是研究高拱坝整体稳定的重要方法之一,而模型材料的研制是确保模型试验成果可靠、准确的基础保证。结合锦屏一级高拱坝整体稳定三维地质力学模型,依据相似原理开展了模型材料的研究。以重晶石粉、机油、石蜡及适量高分子材料为主要原料配制了满足相似关系的岩体及结构面模型材料,并通过试验获得了材料的容重、变形模量、抗剪强度等力学参数。所配制的材料试验成果满足地质力学模型试验的精度要求,为后期模型试验的开展奠定了基础。     

地质力学模型试验中变温相似材料的应用与温度影响行为分析

模型材料的研究是地质力学模型试验中的关键问题。结合溪洛渡水电站高拱坝坝肩稳定三维地质力学模型,运用强度储备与超载相结合的综合法试验,研究了变温相似材料在地质力学模型试验中的应用。考虑到试验降强过程中产生的温度附加效应,运用有限元数值分析方法进行了温度影响行为分析。结果显示:一定温度范围内,在地质力学模型试验中采用变温相似材料,实现了材料的强度降低,伴随降强过程产生的温度附加效应属于正常试验误差范围,试验结果可靠;试验获得了溪洛渡水电站坝肩综合稳定安全度及坝肩破坏形态,并提出了工程处理措施建议。     

地质力学模型试验中不同类型岩体的相似模拟研究

本文的试验研究以相似原理为依据,以几何和力学条件相似为必要条件,获得满足模拟要求的模型材料配合比。通过试配比制块,采用单向压缩试验测得试件变形模量再核算调整配合比,经进行多次调整后得到满足相似要求的模型岩体材料的变形模量,从而达到解决地质力学模型试验岩体材料相似模拟研究目的,实现工程不同地段岩体材料的模拟,为地质力学模型试验研究提供基础资料和试验依据。     

地质力学模型材料试验研究

国内某大型高拱坝工程的地质力学模型材料研究，根据原型材料的材料力学参数，依据相似原理，求得模型的力学参数，配制满足相似条件的模型材料，进行材料的力学特性试验。通过试验，获得了各类岩体的变形模量，从而为进行地质力学模型试验，研究大坝与地基的稳定安全问题奠定了基础。本次试验成果满足精度要求。     

地质力学模型试验技术研究及工程应用

 针对在地质力学模型试验研究过程中存在的岩体材料相似模拟以及结构面相对位移测试问题,首先开展了不同性能岩体变形特性的相似模拟研究,试验结果确定了配制岩体模型材料的成分及其制备方法,得到了水泥、石蜡和机油是影响高、中、低性能岩体模型材料变形特性的控制性因素,提出了不同变模岩体材料采用不同尺寸的模型小块体进行精细化模拟。同时,采用应变测试技术,研制了用于获取结构面相对位移的测试仪器,测试时,用应变仪记录不同加载条件下相应测点的应变变化过程,再由埋设之前标定得到了位移和应变系数,即可得出位移变化过程。上述研究成果在小湾拱坝模型试验中的应用表明,所制备的模型材料以及结构面相对位移测试技术是满足模型试验要求的。     

地质力学模型实验的可能发展前景

随着地质力学模型材料的研制与发展,结构模型试验研究领域已从线弹性阶段发展到塑性和破坏阶段。本文根据目前模型材料发展的水平,对弹性,断裂、塑性和流变问题的相似系数与材料的关系进行了综合的研究,论证了用结构模型试验来解决这类结构问题的可能性。同时,词论了现有材科的模拟能力,以及地质力学模型实验的可能发展方向。     

巫峡岩溶岸坡结构面相似材料试验研究——以箭穿洞危岩体为例

我国西南岩溶山区是世界上最大的连片裸露岩溶地区,地质环境脆弱,人类工程活动强烈,群死群伤的灾难性滑坡频发,巫峡地区的岩溶岸坡发育尤为突出。由于三峡库区蓄水及库水位波动,部分岩溶岸坡(如箭穿洞)发生了不同程度的变形与失稳,极大地影响了水库的安全运行。为了确定巫峡岩溶岸坡箭穿洞地质力学模型试验结构面相似材料的最佳配比,以重晶石粉、石英砂、石膏和水为原料配置结构面相似材料,基于正交试验设计方法开展相似材料配比试验研究。以骨胶比(骨料/胶结剂)、水膏比(水/石膏)、重骨比(重晶石/骨料)为三个控制因素,开展三轴压缩试验,获得不同配比相似材料的力学指标。通过采用模糊综合评判法获得最佳相似材料配比并开展岩体结构面黏结材料相似性模拟试验,同时,在不同正交设计水平条件下各控制因素对不同物理力学参数进行敏感性分析。研究结果表明:不同配比相似材料的力学参数分布范围较大,劣化效应明显,能够满足地质力学模型试验结构面相似材料的基本特征要求;相似材料的密度和内摩擦角主要受骨胶比控制,黏聚力主要受水膏比控制。此研究成果可为后续地质力学模型试验的顺利进行提供一定的理论依据和实践经验,为三峡库区防灾减灾与预警评估提供基础理论支撑,从而提升我国岩溶山区地质灾害防灾减灾的能力。     

国际咨询

三月上旬,国际知名的地质力学模型试验研究专家、意大利地质力学模型研究室主任罗西(P.P.ROSSi)博士来长办,进行了为期12天的技术咨询活动,为三峡厂房坝段地质力学模型试验提出了技术咨询报告。 这次咨询是根据中意关于三峡工程技术协议进行的。罗西博士等专家来长办后,先后与长江科学院、勘测总队、枢纽处的有关人士就三峡地震测量、地质力学模型试验等问题进行技术咨询。对地质力学模型试验的研究范围、模型比尺、模拟材料,和制模技术等方面提出了中肯的意见。与此同时,长江科学院材料结构研究室,结合我国近年来在实验技术方面提     

谈谈地质力学模型的相似条件

当前,许多大型建筑物如大坝、电站、厂房、高楼大厦、隧道及地下工程,大都修建在复杂地基上或岩体内,这些建筑物的抗滑稳定和破坏安全度以及基础变形对建筑物的影响,往往需要进行大比尺的地质力学模型试验研究.地质力学模型的模拟比常规结构模型要复杂得多,而相似理论是模拟的理论基础,因此,弄清楚模型模拟的相似条件是首要的问题.常规结构模型的相似条件比较容易遵守相似定律,因为这种模型处于弹性应力工作状态.地质力学模型则由于需要模拟复杂基础的地质构造及岩体自重效应,研究岩基及上部建筑物的整个体系的变形特性,破坏机理和抗滑稳定性状,直至破坏的全过程,因此,它所依据的相似理论,除了常规模型的相似条件外,还需要满足一些特殊的相似要求.本文依据模型的基本相似定律和常规模型的相似条件,分析了地质力学模型需要满足的主要相似条件,为地质力学模型试验的模拟设计和物理参数的换算提供了理论依据.     

浅谈地质力学模型试验理论与技术——以水利工程为例

文章以水利工程为例,梳理了地质力学模型试验从20世纪60年代至今的发展过程,概括了地质力学模型试验的研究特点,包括体现出岩体的基本力学特征,满足相似理论。介绍了地质力学模型试验的研究内容,包括坝与地基的相互作用、坝基的破坏机理、地质构造对坝的影响、对大坝加固措施的指导。用举例的方式阐释了水利工程中地质力学模型试验的研究类型。最后,就地质力学模型试验存在的问题与未来发展趋势进行了探讨。     

某近坝滑坡工程地质特征与稳定性评价

某近坝滑坡分布在一拟建水电站大坝右坝肩上游侧、电站进水口南侧,滑坡若失稳将直接对大坝水工建筑物产生危害,是水电站工程建设首要解决的重大技术问题。通过工程地质测绘、钻探、平硐勘探、岩土测试等大量勘察工作,查明该滑坡体积约70万m3,为中型堆积层滑坡,现状整体处于基本稳定性状态,水库运行后或建坝前后叠加暴雨久雨滑体饱水等多种工况下,滑坡整体处于欠稳定-不稳定状态,因此必须采取工程治理措施。经比较,建议结合大坝三期围堰建设对该滑坡采取清除的工程措施,彻底消除滑坡危害。     

某库岸滑坡的成因机制及稳定性

某库岸为典型高山峡谷地貌,斜坡在卸荷作用和重力作用下弯曲拉裂,形成规模巨大的滑坡。水库蓄水后,滑坡可能产生复活,将造成“二道坝”,危及大坝及其它枢纽建筑的安全。结合滑坡区的环境地质条件,滑坡的地质结构特征,分析其形成机制,并在此基础上建立地质 力学模型,再现滑坡形成过程。最后采用定量计算、数值模拟法计算滑坡安全系数、应力分布状态等,对滑坡蓄水条件下的变形及稳定性进行研究和预测,从而为滑坡治理工程设计提供依据。     

复合型滑坡推力计算方法研究

复合型滑坡是推移式和牵引式的组合,既有牵引式滑坡的特点又有推移式滑坡的性质,通过对复合型滑坡形成机理的研究,揭示了复合型滑坡具有前部牵引—后部加载—中部滑带剪断贯通—最终整体滑移失稳的变形破坏模式,对应地将复合型滑坡分为3个区前缘启动区(牵引作用)、中间主滑区、后缘启动区(加载作用)。针对不同区的破坏形式和受力特点,以及不同区之间的相互作用过程,建立了准确合理的地质力学计算模型,对不同区推力进行详细的计算推导。在推力计算过程中,复合型滑坡推力计算具有区段针对性,前缘启动区和后缘启动区需要考虑与中间主滑区之间的相互作用,而中间主滑区的稳定性是对整个滑坡起主导作用,在计算推力时,既要考虑前缘启动区阻滑段的缺失又要考虑后缘启动区的加载效应。以典型复合型滑坡为例,通过计算充分说明此推力计算方法的合理性,为复合型滑坡防治工程设计提供计算方法。     

堰塞坝溃决模拟研究综述与展望

堰塞坝几何形态、粒径级配和库容决定了其溃决机理的复杂性,而溃决过程的精细模拟和峰值流量的准确预测是应急处置的基础和关键。堰塞坝溃决过程与模拟技术是面向国家防灾减灾重大需求的前沿热点问题。在系统梳理国内外试验和数值模拟研究进展的基础上,指出以往试验研究坝体尺度小,足够大的库容基本未模拟,难以显示最终溃口形态;数学模型假设过多,物理机制不健全,均有待发展完善。提出了下阶段大尺度模型试验研究的方案与思路,重点阐明堰塞坝破坏机制与溃口演变完整规律,揭示溃口发展物理全过程。同时,建议开发能够模拟全场和溃决全过程的平面二维水沙耦合数学模型,摈弃长期以来对溃口流量、溃口形状、边坡坡度、残留坝体高程、溃决时间等的事先假设,而将其视为水沙床耦合数学模型数值解的一部分,以期提升堰塞坝溃决模拟水平和预测精度。     

降雨诱发全-强风化岩边坡浅层失稳模型试验研究

以珠江－西江经济带先行试验区典型降雨诱发型滑坡为研究对象,引入流体力学相似原理以韦伯准则作为降雨相似标准,开展了3组降雨诱发滑坡全过程物理模型试验。分析了边坡对降雨入渗的响应规律、入渗过程对边坡变形的影响、边坡破坏过程与破坏模式,初步获得华南强烈风化地区降雨诱发滑坡形成机理与成灾降雨特征:①浅层岩土体风化强烈造成的高孔隙率是试验区降雨诱发滑坡的物质基础,非饱和岩土基质吸力消散是试验区降雨诱发滑坡的本质原因,降雨入渗后特定的基质势(含水率)分布是降雨诱发滑坡的条件。②降雨诱发全风化花岗岩滑坡灾害所需累积降雨量比强风化碎屑岩小,强风化碎屑岩滑坡滑动影响范围比全风化花岗岩大。③强暴雨诱发滑坡灾害所需累积降雨量比间歇性降雨小,强暴雨更易诱发滑坡,且诱发的滑坡规模更大。     

基于非饱和蠕变模型的滑坡长期变形数值模拟

绝大多数滑坡的发生都与水直接相关,滑坡土体经常处于非饱和状态,而坡体的失稳破坏大都经历了一个时间过程,即滑坡变形具有蠕变性质。因此,绝大多数滑坡的失稳过程实质为非饱和蠕变过程,数值模拟时考虑渗流耦合蠕变效应更能符合滑坡变形的真实状态。根据前期研究成果所得的非饱和土非线性蠕变模型及其三维形式,采用试验数据对模型进行验证。由于常规商业有限元软件没有提供适合特定土体的非饱和蠕变模型,编制了基于渗流及蠕变耦合计算的有限元计算程序,并利用该程序对树坪滑坡在库水位变动下的变形过程进行了数值模拟。结果表明,计算结果与实际变形的监测值趋势比较接近,说明本文所建立的蠕变模型合理,编制的程序可靠,可用于实际滑坡的长期变形计算。     

基于新型智能算法ELM的滑坡变形位移预测

针对采用经典智能算法进行滑坡变形预测时存在学习速度慢、网络结构参数选取复杂等问题,构建了基于新型智能算法ELM(Extreme Learning Machine)的滑坡位移预测模型,采用二值区间搜索算法选定最佳隐层神经元个数和激励函数,并融入数据滚动建模思想,以期提高网络泛化能力和预测精度。以链子崖、古树屋两滑坡体为例,将ELM与经典智能算法LMBP、RBF的预测效果进行对比,算例结果表明:ELM算法具有较高的预测精度,且在网络学习速度等方面优势明显。     

振冲法加固堰塞体材料的室内模型试验研究

为丰富堰塞坝开发利用理论,探究其改良加固的可行性,对易贡大滑坡残存的天然堰塞体进行取样,设计了不同频率的室内振冲模型试验,研究了振冲法对堰塞体材料的加固效果和密实机理。模型试验采用砂雨法制样,综合测试了振冲后地基的孔压累计消散规律、土压力发展规律,加固效果和复振效应等。试验结果表明:在振冲器的贯入过程中,松散堰塞料中的土压力和超静孔压迅速上升,在振冲器的上拔和分段留振作用下,堰塞料的超静孔压表现为小幅上升和消散、逐渐稳定的总体趋势。随着振冲次数的增加(2～3次复振后),堰塞料地基的土压力逐渐稳定,超静孔压峰值逐渐下降并趋于稳定。因此振冲对松散堰塞体材料的加固效果明显,振冲后堰塞体材料的锥尖阻力大幅提升,但堰塞料密实后,进一步提高复振次数不能有效改善加固效果。满足易贡堰塞体材料的振冲设计方案为:采用125 Hz频率进行4～5次振冲,或采用150 Hz频率进行2～3次振冲。研究结果可为堰塞坝料地基的振冲加固提供理论依据。     

IOE模型在延安市宝塔区碾庄沟流域滑坡易发性分区中的应用

将延安市宝塔区碾庄沟流域作为研究区,在野外调查以及遥感解译的基础上,得到了73个滑坡点数据,其中70%的滑坡点被当作训练样本,剩余的30%的滑坡点被当作测试样本。选取坡度、坡向、高程、归一化植被指数(NDVI)、岩土体类型、土地利用类型、平面曲率和剖面曲率作为滑坡易发性分区建模的解释变量。利用熵指数模型(IOE)计算研究区的滑坡易发性指数(LSI),得到了研究区滑坡易发性分区图(LSM)。最后利用准确率和接受者操作特征曲线下的面积(AUC)对分区结果进行评价。结果表明:训练样本集和测试样本集的准确率均大于0.8,且测试样本集的AUC值为0.9641,说明研究区的滑坡易发性分区结果可信度高,且IOE模型具有较强的泛化能力。研究结果也可以为当地的滑坡防治工作提供参考。     

基于物理模型试验的库区岩质滑坡涌浪爬高研究

库区滑坡涌浪会对附近岸坡造成不利影响,可能引发次生灾害。以岩质滑坡涌浪对岸坡的影响演变过程为研究对象,建立了相似比1∶70的三峡库区典型河道滑坡涌浪的三维地质力学模型,研究了滑坡体宽度、厚度、滑面倾角等27组不同组合工况下的滑坡涌浪爬高规律,提出了适用于岩质滑坡涌浪爬高估算公式。结果表明,涌浪爬高随着滑坡体宽度、厚度、滑面倾角增大而呈现不同幅度的增加,滑坡体宽度对涌浪爬高的影响最为显著,其次为滑坡体厚度和滑面倾角;现有波浪爬高估算公式结果与岩质滑坡模型试验值存在较大差异,在试验基础上,提出了有关相对水深、波坦和岸坡角度的波浪爬高的估算公式,为库区岩质滑坡涌浪爬高估算提供理论基础。