基于结构面网络模拟技术的边坡楔形体分析方法研究

山区高速公路的建设日益增多,岩质高边坡越来越多地出现于工程建设之中。对于完整性较好的岩质边坡,楔形体破坏是常见的边坡破坏类型之一。由于楔形体数量多,规模及稳定性都差别较大,位置也不固定,在勘探过程中难以确定,给边坡稳定性分析及设计带来很大不便。依据楔形体几何结构条件,将楔形体分成Ⅰ型(出现于坡肩,由两条相交的结构面与坡顶、坡面共同包围形成)和Ⅱ型(出现于坡面,由三条结构面与坡面共同包围形成),利用结构面三维网络模拟技术,对岩质边坡工程中楔形体进行随机分析和分步筛选,发展了搜索楔形体及其稳定性评价方法,用以指导边坡评价、设计和加固治理,并在厦沙高速的边坡稳定性分析中尝试应用。结果表明:对于岩质边坡,可根据楔形体的几何构成条件,利用楔形体分析方法,可以从岩体三维结构数字模型中抽取楔形体,并进行楔形体稳定性分析;通过Ⅰ型楔形体和Ⅱ型楔形体的对比,当边坡坡高较大时,Ⅱ型楔形体数量远远大于Ⅰ型楔形体,因此应更重视对Ⅱ型楔形体的研究。     

锡崖沟水库坝基渗流有限元分析

根据有限元分析渗流场的计算原理,分析了各种自由面求解方法的特点,提出了适用性较广的改变单元渗透系数迭代法。结合锡崖沟水库的具体工程情况,对治理前后大坝坝基渗流进行了有限元计算对比分析。结果表明:该方法可以准确地解决复杂边界、多种介质的渗流问题;治理后锡崖沟水库坝基存在的严重渗漏和渗透不稳定性都得到了很好的改善。     

不同粗糙度断续节理岩体直剪试验的颗粒流模拟

为了探究不同粗糙度断续节理岩体直剪试验的裂纹扩展过程及破坏模式,基于颗粒流方法,对试样施加不同法向应力,并探讨了预剪面应力演化过程。研究结果表明:根据微观裂纹的张、剪属性及其演化过程,岩桥破坏模式大体可分为5类,且与法向应力和节理面粗糙度密切相关,法向应力、节理粗糙度的增加都会促使岩桥向剪切破坏方式转变;初始翼裂纹与原节理面的夹角对法向应力变化不敏感,而随着节理粗糙度的增加而减小;在剪切过程中,预剪面上的应力分布不均匀且不断进行重分布,对于平直节理岩体剪应力主要由岩桥承担,且无论水平向还是法向,岩桥部分压应力均大于节理部分;而对于粗糙节理岩体,剪应力由节理和岩桥共同承担,且节理部分的应力均高于岩桥部分。研究成果对进一步明确断续节理岩体的力学参数有参考价值。     

考虑降雨和蒸发条件的非饱和朗肯土压力计算分析

降雨和蒸发会引起非饱和土体中水分的改变,从而导致基质吸力的变化。针对降雨和蒸发对非饱和土压力的影响,将稳定状态下非饱和土中的水流控制方程运用到朗肯土压力计算中,同时考虑中间主应力的影响,推导出降雨和蒸发条件下主动土压力公式和被动土压力公式,克服了朗肯土压力的不足。研究结果表明:降雨条件下,随着中间主应力参数b的增大和降雨强度的减小,主动土压力逐渐减小,被动土压力逐渐增大;蒸发条件下,随着中间主应力参数b和蒸发强度的逐渐增大,主动土压力逐渐减小,被动土压力逐渐增大。在进行土压力计算时,考虑降雨、蒸发和中间主应力的影响,更符合实际情况,更能发挥非饱和土体的自身性能。     

基于统一强度理论的非饱和土斜坡稳定性分析

基于双剪统一强度理论与非饱和土抗剪强度公式,结合Sarma法的思想,推导考虑中间主应力效应和条间基质吸力的非饱和土斜坡稳定性计算公式,并将其应用于工程实例进行验证。结果表明,非饱和土斜坡稳定性系数与中间主应力参数b和基质吸力成正相关关系,二者均对斜坡的稳定性产生贡献;与传统方法相比,在基质吸力等于50kPa时,同时考虑中间主应力效应和条间基质吸力方法的稳定性计算结果增大27.6%,能够更加经济、合理地评价非饱和土斜坡稳定性。     

考虑卸荷效应的岩质边坡断裂损伤模型及应用

 岩质边坡在开挖过程中会引起内部的缺陷不断劣化,以致在部分区域形成贯通,进而发展成宏观裂缝导致边坡失稳。将边坡的开挖过程等效为在开挖面施加等效荷载并逐渐减小至零的过程。在此等效开挖的过程中,坡面一定范围内的裂隙会处于拉剪应力状态,以连续介质力学为基础,结合损伤力学以及断裂力学,推导出裂隙在受拉剪应力状态下的损伤演化本构模型。利用宏观的体积模量反映岩体的损伤程度,并定义破坏度用以表征实际岩体内部的破坏情况,在FLAC3D中开发并实现裂隙岩体卸荷损伤模型的计算。以广西凤山石灰岩建材矿山为例,计算并分析考虑及不考虑卸荷损伤两种工况的位移值及塑性区,证明了该模型的正确性以及能更准确的反映坡体内部的真实情况。对比分析开挖卸荷后岩体的损伤度及破坏度后发现,以破坏度反应岩体的损伤情况,可以更加直观和准确地确定岩体的稳定程度。     

基于放顶煤开采地表移动预计的输电铁塔安全性研究

为了评价五间房规划区煤层开采对输电铁塔安全性的影响,通过FLAC~(3D)数值模拟及优化求参的概率积分法模型预计地表移动,基于综合预计结果,利用ANSYS研究放顶煤开采引起的地表复合变形作用下输电铁塔内力和变形特征,并从铁塔结构和横担倾斜方面评估了其安全性。结果表明:2种方法预计结果吻合较好,综合预计结果可靠,地表沉降最大值为1.86 m,东西向最大水平移动为524 mm,南北向最大水平移动为737.5 mm。铁塔最大轴向拉应力为25.2MPa,尚未超过Q235角钢拉杆许用应力,铁塔自身结构尚未破坏。铁塔横担倾斜度高达29.5‰,其值超过了铁塔的倾斜度允许值不超过10‰的限定,建议开采过程采取相应措施控制地表移动,并加强对铁塔变形的监测,以确保输电铁塔的安全运行。     

黏土矿物对工业污染物 Na+ 和 Hg2+ 的吸附试验研究

随着工农业生产的迅速发展,大量工业废水中的金属离子通过各种渠道进入了地下水系统,给地下水水资源的开发、利用带来了极大威胁。为了探讨黏土矿物对工业废水中金属离子的吸附规律,在平煤集团 30 万 t PVC 配套 25 万 t 离子膜烧碱项目的研究基础上,通过室内静态吸附试验,对黏土矿物吸附氯碱工业污染物的吸附能力进行了研究。结果表明：黏土矿物对 Na+ 和 Hg2+ 有很好的吸附作用, pH 值是影响其吸附效果的一个重要因素;随着介质的 pH 值增高,阳离子交换容量增加。该结果为干旱半干旱区合理利用污水资源,充分发挥黏土矿物在环境治理上的应用潜力,寻求可持续发展的新型环保材料提供了依据。     

罗湖断裂带地应力场三维有限元模拟分析

罗湖断裂带位于深圳—五华断裂带的南西段,由13条NE向断层和6条NW向断层组成,断裂分布密集。该断裂带位于深圳市区,周围高楼林立,其中的F8断裂被证实为活断层并于1994年曾有过异常活动,因而对于该断裂带的构造活动性进行研究意义重大。在对罗湖断裂带地质特征研究的基础上,建立起三维地质模型,采用弹塑性有限元法对断裂带地应力场进行数值模拟。根据模拟结果,分析罗湖断裂带地应力的分布特征、断层存在对地应力场的影响,并在此基础上对断裂带的构造稳定性进行分析。研究表明,断裂带的存在对地应力大小、方向、连续性、应力集中程度有明显影响;局部位置存在塑性破坏区,构造稳定性稍差,存在进一步活动的趋势,尤以F8,F9断裂北西段为甚。由于塑性破坏的发生会导致应力某种程度的释放,从而使应力集中程度较低,断层的活动将以蠕滑方式为主,不足以形成中强地震。     

超高排土场的本体稳定性敏感分析

结合跑马岭排土场的工程地质条件,建立了该排土场的三维整体模型,采用正交设计和方差分析研究了影响超高排土场本体失稳的各因素敏感性,得出的结论对排土场的建设具有很强的实践意义。