基于弹性滑体的边坡失稳尖点突变模型研究

针对含软弱夹层边坡,其滑面介质的应变软化和水致弱化将对边坡稳定带来不利影响.本文通过分析边坡滑体变形及能量积聚对边坡稳定的影响,并根据土剪切变形发生的机理,提出了不同滑面介质位移与滑体高度的函数关系,推导了含软弱夹层边坡的修正力学模型和尖点突变模型.在构建边坡的尖点突变模型时,通过改变势函数积分的上下限把滑体对边坡稳定的影响考虑在内,推导了滑面在不同应变状态下与边坡失稳点对应滑体高度的关系式,分析了边坡出现滑体发生整体平面滑动失稳和滑体溃屈或弯折破坏失稳两种表现形式.通过突变分析发现,考虑滑体作用的边坡系统突发失稳必要条件为k≤2-3/m,对比简化滑体为刚体的突变分析大大缩小了判定边坡突变失稳的条件范围.本文模型是考虑滑体自身变形和能量积聚的初步尝试,为进一步研究边坡稳定奠定了基础.     

强降雨作用下岩质边坡失稳的尖点突变分析

根据岩质边坡的地质力学模型,综合考虑降雨、应变软化、水致弱化等因素,给出岩质边坡软弱夹层介质的本构关系,从系统能量的角度出发,建立尖点突变模型,经过数理推导得出岩质边坡失稳的判据。通过实例计算表明：运用刚性极限平衡法计算得边坡稳定性系数Kc为0.989,小于1,即边坡不稳定;运用尖点突变理论计算得边坡系统的控制变量a为0.078,大于0,即边坡稳定,与实际相符。说明本文给出的强降雨作用下岩质边坡稳定性的判据正确,并优于刚性极限平衡法。     

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.     

尖点突变模型在湿陷性黄土微结构失稳中的应用

根据湿陷性黄土的特点,从稳定性角度出发,分析黄土湿陷的多种湿陷机理.对已建立的湿陷性黄土结构失稳突变模型给出一个完整的尖点突变模型的计算过程.利用突变理论揭示湿陷性黄土发生湿陷的变形机制和规律.通过尖点突变模型的计算推导得出:当应力满足突变模型分叉点集方程时,其相对应孔隙的微结构将发生失稳坍塌.此外,由于突变模型的控制变量随着k(含水量ω的函数)值的增大而减小,说明土体浸水湿化是土体发生湿陷的重要影响因素.     

考虑尖点突变理论的边坡安全稳定性综合评价

边坡稳定性受多种因素影响而且目前的分析方法仍存在不足,为了更加高效准确地判断边坡的稳定性,实现失稳判据的量化,基于尖点突变理论-强度折减法,运用FLAC3D数值模拟软件,以某工程边坡计算边坡逐步强度折减系数下位移变化情况,建立强度折减系数-位移的突变数学模型,分析在天然工况及地震工况下边坡的稳定性情况,并与强度折减法、极限平衡法进行对比分析。研究结果表明：基于尖点突变理论得出的安全系数与强度折减法、极限平衡法所得安全系数基本一致,验证了此类方法的可行性,为边坡稳定性分析提供了新判据。     

底板突水的突变理论预测

分析了矿层底板失稳破坏发生突水的机制，根据底板突水的尖点突变特征、采用力学平衡和能量平衡方法和应用突变理论建立了矿层底板突水的突变模型。根据这一模型，应用尖点突变原理分析了承压水底板关键层失稳突水的力学机制。当满足关键层失稳的充要力学条件时，承压水底板有可能发生失稳突水。通过工程实例，用数值模拟证明了该理论分析方法是切实可行的，为底板突水预测研究奠定了可靠的理论基础。     

边坡岩体系统演化的非线性动力学方法研究

为了研究边坡岩体系统演化过程的非线性特征,一方面分析了边坡岩体系统演化过程的自组织特征;另一方面利用非线性动力学理论中的尖点突变理论模型和混沌动力学理论,建立了非线性动力学模型,分析了边坡岩体系统的演化过程,给出了边坡系统失稳的力学判据,表明了边坡岩体系统的非线性突变性,在演化过程中确实存在混沌现象。     

条形基础下地基稳定的突变性

为正确描述与解释地基失稳中的突然破坏现象,采用尖点突变模型理论,对粘土地基上条形基础的稳定性进行了分析,讨论了粘土弱化函数、地基参数、地面超载以及位移二阶效应等对地基稳定性及其突变性质的影响,找出了发生突变破坏的条件.分析结果表明：突变理论可较好地解释地基突然失稳破坏的客观现象;地面超载、土的容重和位移二阶效应均为地基稳定的有利因素.     

基于突变理论的边坡监测预警概率性模型研究

为解决边坡系统演化过程中不确定因素的影响,得到非确定性的边坡预警结果。结合突变理论与广义胞映射理论提出了一种边坡监测预警概率性模型。该模型采用尖点突变理论识别边坡稳定状态;将边坡稳定性演化结果视为随机事件,基于广义胞映射理论计算滑坡在某一时刻准时发生、提前发生、滞后发生、滑坡不发生的概率,从而实现边坡概率性预警。利用该模型计算了某黄土区工程边坡在某时刻发生失稳的概率为100%,且滞后发生的概率为83.8%,判定边坡系统突变会在该时刻之后发生,预警结果与实际情况一致,验证了该模型的有效性。与传统模型相比,概率性预警模型可提供更丰富合理的信息,有助于提升监测预警的准确率,为边坡监测预警研究提供了一种新思路。     

一种基于塑性功和突变理论的边坡临界状态确定方法

基于当前强度折减法的临界状态判据各有优缺点,结合塑性应变能理论和突变理论,提出一种新的反映边坡的临界状态失稳判据。该方法以塑性功作为评价边坡整体稳定性状态的评价指标,以尖点突变模型作为判断边坡失稳与否的理论依据。在具体操作过程中,通过不断调整强度折减系数,记录每个折减系系数下对应的计算模型整体塑性功,建立"整体塑性功-折减系数"曲线,并通过突变理论找出整体塑性功发生突变时对应的折减系数,此时的折减系数即为边坡的安全系数,此折减系数下对应的边坡状态即为临界状态。对单台阶边坡、多台阶边坡进行计算。研究结果表明:基于该方法得到的安全系数与极限平衡法得到的安全系数较接近,尤其与满足力平衡条件和力矩平衡条件的修正简布法所得结果最接近,从而验证了该方法的可靠性。     

滑塌式危岩尖点突变模型研究

通过建立滑塌式危岩地质力学模型,应用尖点突变理论综合考虑了影响危岩体稳定性的内外因素,并建立了尖点突变力学模型,分析了各因素对危岩体稳定性的影响,推导出危岩失稳崩塌的力学判据.经万州太白岩W12危岩体计算分析,比较了传统刚性极限平衡法的不足,验证了应用尖点突变理论分析各种复杂影响因素的危岩时,可得到比刚性极限平衡法更好的结果.     

基于突变理论的拱坝整体安全度分析

将尖点突变理论引入拱坝地基系统整体安全度分析中,建立拱坝地基系统的尖点突变模型失稳判据。将系统稳定状态归结为一个可定量计算的判别式,实现拱坝整体安全度的量化分析。结合某碾压混凝土拱坝数值仿真分析模型,通过三维非线性有限元计算坝体位移场,基于典型点位移尖点突变模型失稳判据得到该拱坝的整体安全度为3.5,且评判结果与塑性屈服区贯通准则相一致。     

强降雨条件下浅层滑坡失稳的尖点突变机理

采用统计学的分析方法定量分析和归纳总结了浅层堆积物滑坡演化过程中坡体位移和降雨量之间的幂函数分布关系;结合向家坡滑坡工程实例,考虑浅层滑坡坡体位移与降雨量关系以及降雨对滑坡滑面介质的应变软化和水致弱化影响,采用非线性科学的有关理论,建立了强降雨条件下向家坡浅层滑坡失稳的尖点突变模型,并利用该模型分析了向家坡滑坡强降雨条件下浅层滑坡失稳的破坏机理.     

煤层突出的突变模式

根据突变理论建立了煤层突出的尖点型突变模型，直观地刻划出煤体自由表面处发生的渐近变形破坏和冲击失稳破坏等工程现象。     

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.     

基于尖点突变理论的平行组拼双肋拱侧倾失稳临界荷载计算新方法

基于尖点突变理论,首次以平行组拼双肋拱为研究对象,设定了结构侧倾屈曲位移函数,构建了侧倾失稳变形能量表达式,通过数学转换,建立了尖点突变模型,获得了平行组拼双拱肋系统的平衡曲面M方程和分歧点集B方程,通过分析体系失稳条件,计算了分歧点集解,推导了系统侧倾失稳临界荷载计算公式,提出了平行组拼双肋拱侧倾失稳临界荷载计算新方法;最后与有限元数值解进行了对比分析,结果表明:文中所推导的侧倾失稳临界荷载理论解与有限元数值解吻合良好,验证了基于尖点突变理论的平行组拼双肋拱侧倾失稳临界荷载计算方法的正确性,为拱结构侧倾屈曲的研究开辟了一条新途径。     

基于灰色突变理论的块裂岩质边坡崩塌时间预测

为了有效地预测块裂岩质边坡发生崩塌的时间,基于灰色理论和突变理论建立了灰色-突变预测模型.首先运用灰色理论对声发射监测数据进行处理,得到预测数据,运用最小二乘曲线拟合展开,再通过微分同胚变换,转换为尖点突变模型的基本形式,从而建立了灰色突变预测模型.最后采用该模型对贵毕公路k79+380～k79+500右边坡的崩塌时间进行了预测,预测结果和实际崩塌时间基本一致,表明该模型可以有效地预测块裂岩质边坡的崩塌.     

对称协同开采人工矿柱失稳的突变理论分析

根据材料力学理论,建立顶板-人工矿柱协同作用力学模型;通过分析组合结构的变形协调机制,推导人工矿柱压缩量关系式;基于突变理论,构建人工矿柱突发失稳的尖点突变模型,导出失稳的充要条件力学判据表达式。研究结果表明:人工矿柱突发失稳与刚度比k、介质均匀性系数m具有密切相关性;改变人工矿柱的力学参数和几何参数,可在一定程度上调控顶板的稳定性,这可为采空区应力环境再造和人工矿柱的科学设计提供基本力学依据。     

边坡水平卸荷裂隙的突变理论模型

将水平卸荷裂隙看作是一个包含软弱结构面和围岩的力学系统，在边坡形成过程中，结构面介质本构性质的软化会引起失稳现象，通过力学模型讨论了水平卸荷裂隙现象，该模型对应于突变理论的尖灭型（Ｃｕｓｐ）突变模型，从理论上分析了卸荷裂隙的突变条件，并提出了临界失稳点的位移值，该值对边坡的设计，施工方案，开挖以及长期运行的监测具有实际意义。