层状岩质边坡失稳的燕尾突变模型

根据层状岩质边坡含软弱夹层失稳的特点,建立了边坡地质力学模型,应用非线性科学理论中的突变理论建立了完善的边坡失稳燕尾突变模型。研究得出内外环境参数的变化改变系统控制变量的取值。边坡势函数形式发生变化,边坡在演化过程中可能处于稳定状态,也可能处于失稳状态,其稳定性取决于边坡岩体的内在和外界因素。计算了边坡处于失稳状态下系统所释放出的能量。研究结果加深了对滑坡成因的认识,论证了应用突变理论研究边坡失稳现象的可行性。     

卸荷裂隙对岩体边坡地震动影响的数值模拟研究

本文采用数值模拟的方法,利用UDEC软件,开展了卸荷裂隙对岩体边坡地震动影响的数值模拟研究,研究内容涉及卸荷裂隙密度及卸荷裂隙带深度的影响.根据该数值模拟出的结果可以看出,鞋盒裂隙的密度呈现的越大,其地震动就在该卸荷区域内的动力响应就会更加的强烈,而在坡肩上的加速度放大系数也就很大;卸荷带水平深度越大,卸荷岩体的动力响应的加速度放大系数就越小.上述规律对于岩质卸荷裂隙发育边坡地震稳定性分析具有指导意义.     

层状岩质边坡失稳的尖点突变模型

根据含软弱夹层层状岩质边坡失稳的特点,建立了边坡地质力学模型,考虑内外环境因素对边坡稳定性的影响,建立了完善的边坡失稳尖点突变模型,分析得到了边坡系统发生突变的必要条件。边坡在与外界进行物质和能量的交换过程中,其内外环境的变化导致突变模型中控制变量改变,边坡可能不会滑坡,也可能发生快速和慢速蠕滑,从而形成复杂的演化特征。研究结果加深了对滑坡成因的认识,揭示了应用突变理论研究边坡失稳现象是可行性。     

基于GSI系统的边坡卸荷岩体强度参数确定

地质强度指标(geology stresgth index,GSI)系统和Hoek-Brown破坏准则能反映岩体所处的地质环境,估算出节理化岩体的强度参数。然而,对于具有卸荷特征的岩质边坡,以往GSI的取值缺少对卸荷裂隙与坡面间空间关系的考虑。借鉴边坡岩体质量评价系数(CSMR)系统中对边坡破坏方式和结构面产状的修正方法,以西南某水电站坝肩边坡为例,提出基于GSI系统的边坡卸荷岩体强度参数。     

基于爆破损伤的露天矿边坡稳定性的灾变分析

基于爆破震动影响下露天矿岩质边坡滑动趋势面介质的损伤弱化效应,建立了爆破荷载、后缘裂隙静水压力及滑动趋势面扬压力共同作用下的尖点突变模型,并根据导出的临界爆破药量的表达式给出了边坡失稳的判据条件.以鞍千矿业有限公司许东沟采场西帮的一处滑坡为例,利用建立的二维简化模型和导出的失稳判据对边坡在多次爆破作业影响下的稳定性进行了分析,得到了稳定性随爆破次数累积的变化规律.结果表明:边坡失稳的可能性随爆破次数的增加呈现递增的趋势,同时也说明了边坡失稳的发生通常不是仅由一次爆破作业造成的,而是由于多次爆破作用的累积效应所致.通过对比4次爆破作业的临界药量和实际药量,验证了利用导出的失稳判据评价露天矿边坡的稳定情况是合理可行的,对爆破开挖设计中实际药量的选择有一定的指导意义.     

露天矿烧变岩高边坡卸荷机理与稳定性研究

烧变岩裂隙发育、富水性强,严重威胁露天矿山采剥安全生产及其边坡稳定。为确定露天矿烧变岩高边坡隔水煤岩柱宽度,以新疆昌吉某露天矿北帮烧变岩高边坡为研究对象,通过构建坡体开挖卸荷的驼峰分布力学模型,将坡体卸荷松弛区域划分为拉裂区和压剪区两部分,分析了边坡后缘拉裂区裂隙的最大扩展深度;以卸荷松弛带宽度表征塑性剪切滑动面位置,推导了弹塑性条件下边坡浅表部破碎带与卸荷松弛带宽度的理论计算公式,进而确定了塑性滑动面位置及形态。结果表明：边坡后缘裂隙临界扩展深度随边坡倾角的增大而增大;卸荷松弛带宽度随岩石强度参数的增大而减小,随岩层埋深的增大而增大;北帮边坡后缘裂隙临界扩展深度为9.42 m,火烧区水位线处卸荷松弛带宽度为6.94 m;坡体潜在滑面安全系数均大于设计评价标准值;确定了北帮烧变岩高边坡的隔水煤岩柱留设安全宽度为36 m,为该矿的安全高效生产提供了技术保障。     

广州科学城KXC-H2地块边坡稳定性评价

根据对该边坡的变形破坏特征及形成条件分析，认为该边坡在自重应力、卸荷变形、降雨、地下水等内外动力地质作用以及人类工程活动影响下，斜坡土体前缘崩塌滑移使上部失去支撑而发生破坏变形，尤其是暴雨饱水条件下，随着软弱结构面抗剪强度降低和自重应力增加，导致边坡失稳破坏。通过参数反演，对坡体3条剖面的稳定性进行了定量评价，为边坡治理设计提供，重要的地质依据。     

基于RS-CPM模型的边坡失稳灾害预测及应用

提出基于粗糙集的边坡失稳灾害突变级数预测模型,选取介质容重、内聚力、内摩擦角、边坡角、边坡坡高、孔隙压力比共6个预测指标,运用粗糙集理论进行属性约简和属性重要性排序,在此基础上开展突变级数的指标浓缩,从而实现对边坡失稳灾害的预测.研究结果表明:该模型计算输出的各种指标预测值与实际值较吻合,预测精度较高,可在实际工程中应用;这种方法克服了突变级数法难以判定属性重要度的缺点,计算简便,可操作性强,为公路边坡风险提供了一种可行的预测方法.     

岩体微震能量演化规律及渗透系数评估

基于大岗山水电站右岸边坡开挖过程中的微震监测数据,分析卸荷引起微震能量释放的时空规律,研究渗透系数增量的空间分布。结果表明:微震能量逐月累积等值线空间分布图可初步定量地识别和圈定边坡深部岩体损伤的区域及程度,微震能量沿软弱结构面易形成积聚带,并遵循能量的累积、释放和转移的规律。岩体因损伤而释放的微震能量与岩体渗透系数变化的趋势具有一致性。两卸荷裂隙带和断层外侧附近渗透系数改变量约为0.03~0.05 cm/s,而两卸荷裂隙带和断层之间的岩体的渗透系数约为0.04~0.097 cm/s。渗透系数的改变在软弱结构面交界处附近最为显著,表明在卸荷条件下,岩体的渗透特性受结构面的影响极大。利用开挖过程中岩体释放的微震能量,并结合开挖前边坡不同岩体的渗透系数,可对开挖后岩体的渗透系数进行评估。     

分步开挖卸荷作用下软硬岩互层边坡的稳定性分析

以沪蓉高速公路某软硬互层边坡为例,基于开挖卸荷理论,采用FLAC3D软件进行数值模拟,研究分步开挖卸荷作用对软硬互层边坡稳定性的影响规律。结果表明:最大不平衡力、最大水平位移值、剪应变最大值随开挖步数的增加累积增大,最大值出现在开挖卸荷面软弱夹层剪出口位置,与开挖量呈正相关关系;每步开挖后瞬间会产生最大不平衡力"尖点",然后逐渐减小接近于零,边坡平衡;塑性区主要分布在软弱夹层位置,拉应力区分布于开挖卸荷面附近以及整体边坡的坡顶面附近20 m以内,且总体拉应力不大,低于灰岩卸荷后的抗拉强度;基于卸荷理论计算得到每步开挖后边坡的稳定性系数比不考虑卸荷对边坡岩体劣化作用的稳定性系数分别降低了0.07、0.08、0.102、0.106。综合分析得出软硬岩互层边坡稳定性的关键问题是开挖卸荷对软弱夹层力学性能的影响以及边坡面附近的拉应力区,开挖卸荷作用对岩体物理力学性能的劣化程度直接决定着边坡的稳定性。     

砂土地层基坑开挖与邻近建筑物相互影响关键参数分析

基坑开挖会对邻近建筑物产生影响,建筑物的存在也会增加基坑施工的风险,开展基坑与邻近建筑物的相互影响研究具有重要意义。以某深基坑工程为背景,通过现场监测数据分析基坑开挖对围护桩位移的影响,然后建立三维数值模型,并与现场监测进行对比验证了模型的准确性。最后分析了围护桩刚度、建筑物层数及基坑与建筑物相对位置等参数下基坑与建筑物的相互影响规律。研究结果表明：采用围护桩结合锚索支护会显著减小基坑开挖引起的围护桩变形,基坑开挖引起的建筑物基础沉降和水平位移随围护桩刚度的增加变化幅度均在5%以内;建筑物层数每增加5层,建筑物基础的沉降和水平位移分别增加约8%和10%,靠近建筑物的基坑围护桩水平位移增加约5.5%;在建筑物与基坑的夹角在30°以上时,基坑开挖引起的建筑物基础变形均在2 mm以内,引起的围护桩水平位移均在0.8 mm以内。研究结果可以为后续类似工程提供参考和借鉴。     

相邻桩锚基坑开挖变形相互影响数值分析

以两个相邻桩锚支护的基坑工程为实例,基于小应变硬化土(HSS)模型,通过Z-Soil岩土有限元分析软件建立数值计算模型,分析相邻基坑开挖对基坑变形的影响.分析结果表明:相邻桩锚基坑开挖明显减小排桩桩顶水平位移、排桩深层水平位移、坑间土体深层水平位移和坡顶水平位移,对于桩顶水平位移的影响最为显著;相邻桩锚基坑开挖也增大坑间地表沉降,产生的沉降接近两个单坑引起的沉降叠加,最大沉降位置出现在两基坑的正中央;相邻桩锚基坑的支护设计宜考虑相邻基坑开挖的影响,宜以变形不超过单坑开挖产生的水平位移为控制基准.     

基于赤平极射投影法的岩质边坡破坏模式预测

以苗家坝水电站右坝肩岩质边坡的测绘为例,引入赤平极射投影的方法,基于优势结构面和其他随机结构面的特征和现场调查研究成果,深入分析了边坡自然状态下的变形破坏模式和地质历史演变过程,进而对开挖工程边坡可能出现的主要变形破坏模式进行了预测,得出了右坝肩边坡的主要变形破坏模式、形成机理及发生可能性和规模。这种方法不仅考虑到了结构面的空间组合关系、结构面的成因和性质,同时也考虑了边坡变形破坏模式出现的地质演变过程,一定程度上从时空观的角度分析边坡的变形破坏模式,就工程本身而言,更有实际意义,是边坡变形破坏模式研究的一种综合思路。     

离散裂隙网络模拟在地下硐室稳定性中的应用——以甘肃北山地下实验室为例

以甘肃北山地下实验室为研究对象,开展了离散裂隙网络-离散元（DFN-DEM）耦合方法在花岗岩地下硐室围岩稳定性分析方面的探索研究。选取地下实验室工程勘察范围内代表性勘察钻孔和地表露头裂隙数据进行统计分析,利用三维离散单元软件3DEC构建离散裂隙网络（DFN）和等效岩体模型,模拟分析了地下实验室-560 m水平试验巷道的硐室的稳定性。结果表明：硐室开挖引起硐室围岩应力重分布,裂隙与硐室开挖面相交部位发生应力集中现象,硐室围岩出现位移变形;在现有条件下,硐室围岩变形量较小,应力集中程度不高,地下硐室稳定性较好。     

ADINA在基坑开挖与支护数值模拟中的应用

通过运用ADINA软件对阜新发电有限公司基坑开挖与支护过程的模拟,研究了桩的水平位移发展规律。计算模型采用平面应变模型,土体本构模型采用摩尔-库仑模型,桩采用平面单元,桩土接触采用Desai薄四边形单元。通过计算可以看出桩的水平位移沿桩顶向下逐渐减小,随着开挖的进行,桩体水平位移越来越小,因此应控制开始阶段开挖的速率,同时,锚杆对水平位移的影响也是很显著的,因此应尽量提前施加锚杆。桩顶最终水平位移与实测结果很接近,可以对支护方案的最终水平位移做出预测。     

基于离散单元法的基坑涌水量数值模拟

依托某市拟建高层建筑物基坑工程,分析了场地的水文地质特征,建构了概化的场地水文地质结构模型.基于离散单元法对基坑进行了涌水量的数值模拟,并将计算结果与基坑涌水量实测结果进行了对比.研究结果表明,两者吻合较好.说明建立的岩体结构面二维网络模型能较真实地反映地质体特征,可用来进行裂隙水流的基坑涌水量计算.     

吕梁地区不同地层结构黄土边坡坡脚开挖效应

黄土高原地区崩滑流地质灾害较为严重,与人类工程活动如灌溉和开挖等相关,尤其是坡脚开挖最容易导致坡体失稳形成滑坡崩塌地质灾害。在吕梁地区崩滑灾害野外调查的基础上,将该地区黄土边坡按地层结构概化为四种类型即单一黄土型(Q_3)、黄土-古土壤型(Q_2-S)、黄土-古土壤互层型(Q_3-S-Q_2)和黄土-古土壤-红黏土型(Q_3-S-Q_2-N_2),基于FLAC~(3D)有限差分软件,模拟分析了不同地层结构类型黄土边坡坡脚开挖效应。分析结果表明:四种不同地层结构类型黄土边坡在开挖进尺L≤20 m时,开挖角度对边坡稳定系数的影响不大;开挖进尺L≥30 m时,边坡稳定系数随开挖角度的增大显著降低,且在开挖进尺大、开挖角度较陡时边坡浅层产生贯通的最大剪应变增量带形成浅层滑坡,其中具有多层古土壤结构(Ⅲ型)的黄土边坡稳定性最好;开挖角度较缓时边坡位移以竖向回弹为主,开挖角度较陡时边坡水平与竖向位移均较大;坡型坡高相同的条件下,坡脚开挖导致不同地层结构类型的边坡变形破坏的破坏面形态基本一致,滑体厚度存在一定差异但区别不大。研究结果对黄土地区边坡科学合理开挖和灾害防治具有一定的指导意义。     

评价高边坡断层的直接约束方法

为正确评价断层对于岩石高边坡安全稳定性的影响,采用接触力学的求解方法——直接约束法模拟断层的滑移和脱开等不连续行为。重点分析了岩体中断层不同的接触性状(如考虑断层与岩体的滑移脱开)。应用弹塑性有限元方法对彭水水电站船闸高边坡分步开挖过程进行了数值仿真分析。通过不模拟滑移脱开与模拟滑移脱开的对比研究,模拟滑移脱开后断层的变形和塑性区显著增大,在断层处变形较大以致于有滑坡的可能。该项研究在岩石高边坡稳定分析中具有重要的意义。     

基于裂缝形态和产能的水平井分段压裂优化研究

根据低渗透油藏的特点,基于固体应力平衡和多相流体流动,建立了水平井水力裂缝分段优化的模型.采用有限元模拟和油藏模拟研究了在避免复杂水力裂缝的前提下,水平井水力裂缝优化的影响因素.研究发现,水平井筒与最小水平地应力方位存在夹角时,分段水力裂缝出现弯曲转向,多个弯曲裂缝之间的相互干扰形成复杂的裂缝形态;当水平井筒与最小地应力方位的夹角过大时,尽量增加裂缝分段的距离,以避免相互干扰;油井累积产量随着裂缝间的距离增加而减小;油井累积产量随裂缝长度增加而增加.     

分段压裂水平气井产能数值模型建立

随着水平井分段压裂技术在致密气藏开发中广泛应用,压裂后产能的预测对开发此类气藏具有重要意义。应用复位势理论和势叠加原理等基本渗流理论,结合水平井压后裂缝形态和单相气体渗流机理,推导出考虑水平井筒内压降损失时的产能预测新模型。模型综合考虑了多条裂缝间的相互干扰和各条裂缝的长度、缝宽、导流能力、缝间距对各条裂缝产量的影响以及水平井筒内压降损失对产能的影响,建立了考虑多因素的水平气井产能数值模型。编制了模拟计算软件。并以长庆油田某致密气藏区块为例进行了裂缝方案优化设计。研究成果对于低渗致密气藏井网部署及开发方案编制具有一定的指导意义。