三峡库区类土质岸坡破坏机制研究——以巫山县江东寺岸坡为例

2015年6月24日，重庆市巫山县发生江东寺岸坡垮塌事件，造成人员伤亡、财产损失，社会影响较大。针对江东寺类土质岸坡垮塌事件，介绍了岸坡灾情，解译了江东寺滑坡破坏的库水位上升浸泡软化、库水位下降渗流驱动力、降雨入渗劣化等3个诱发机制。结果显示：库水位上升浸泡软化降低了滑体、滑面物理力学参数，在岸坡坡脚形成软化区；库水位下降渗流驱动力增加了顺坡向的下滑力；降雨入渗进一步降低滑体、滑面物理力学参数，增大渗透力和浮托力。3种诱发机制的联合作用是导致江东寺岸坡垮塌的原因。采用PFC2D对江东寺岸坡进行数值模拟发现，库水位上升对类土质土体具有劣化作用；145 m水位处的滑坡破坏运动速度最大，达0.59 m·s-1，岸坡破坏具有突发性。数值模拟破坏过程与现场监测数据吻合。
     

不同水位调度情况下滑坡的变形分析

为研究三峡库区水位反复升降情况下对沿岸涉水边坡的影响,以卡子湾滑坡为例,通过FLCA 3D软件模拟不同工况下水位调度对滑坡变形的影响。结果表明：在库水反复升降过程中,前缘涉水段位移变化较大,最大位移发生在库水处于低水位期;剪应力在静水位阶段变化较小,在水位变化时剪应力随着库水下降而增大,随着库水上升而减小;随着库水位周期性变动,滑坡前部张拉作用由滑坡前缘局部向整个前缘部分扩展;滑坡在库水快速下降阶段,日位移变化量达到最大,但仍未形成连续、贯通的剪应变增量带,说明滑坡在当前调度过程中仍处于相对稳定状态;在对中前部监测点分析发现,滑坡中前部地表位移主要发生在库水位调度下降期,所以在降水期应对沿岸滑坡重点监测。     

水位变化诱发均质黄土库岸失稳试验研究

水库水位变化是影响黄土库岸稳定性的重要因素.以不同坡度的边坡模型为研究对象,定量测试了水位变化过程中边坡不同位置处土体的位移、强度、水头变化趋势,探讨了不同坡度的黄土边坡的失稳形态.试验结果表明:坡外水位上升导致岸坡土体软化,坡体整体沉降加大,坡体变形以浅层滑坡为主;水位下降过程中,坡体后缘出现横向张拉裂缝,坡体前缘逐步滑塌,坡角越大,坍岸现象越严重;水位下降阶段导致的土体抗剪强度下降要明显大于水位上升阶段;水的软化作用导致土体强度降低,沉降变形增大,水位骤降阶段土坡内外的压力差是导致土体发生滑塌的主要原因.     

渗流影响下尾矿库动力反应的数值模拟研究

以金堆城栗西尾矿库为工程实例,采用数值模拟手段,研究了不同渗透系数下尾矿库加速度、应力、位移及液化区域的动力反应。结果表明:随着渗透系数的增大,加速度反应减小;耦合渗流后较耦合前的垂向有效应力明显减小,而耦合后两种渗透系数下的差别较小;剪应力在耦合渗流后增大,但耦合后渗透系数的变化对剪应力的影响很小;耦合前后坝体的垂向位移场发生了一定变化,耦合前坝体内的垂向位移以正位移为主,而耦合后很多地方变为负位移,且耦合后随着渗透系数的增大,位移也有所增大;液化区在耦合渗流后明显增大,而且随着渗透系数的增加,液化区域有所扩大。     

降雨入渗对锚杆加固多级边坡稳定性分析

降雨入渗对多级锚杆支护边坡稳定性的影响尚不清晰,基于非饱和土渗流-应力耦合理论,采用Geo-studio软件建立了降雨入渗锚杆加固多级边坡的流固耦合有限元分析模型,研究不同降雨持时、雨强时锚杆加固多级边坡的渗流、应力、变形场稳定性变化规律,以及锚杆受力特性。研究表明：随着雨强和持时的增大,锚杆轴力及坡面位移均增大,边坡安全系数降低;第三级边坡的锚杆轴力提升幅度最大;同一级边坡内,坡脚处的锚杆轴力值大于坡顶处锚杆力。     

三峡库区类土质岸坡破坏机制研究——以巫山县江东寺岸坡为例

2015年6月24日,重庆市巫山县发生江东寺岸坡垮塌事件,造成人员伤亡、财产损失,社会影响较大。针对江东寺类土质岸坡垮塌事件,介绍了岸坡灾情,解译了江东寺滑坡破坏的库水位上升浸泡软化、库水位下降渗流驱动力、降雨入渗劣化等3个诱发机制。结果显示:库水位上升浸泡软化降低了滑体、滑面物理力学参数,在岸坡坡脚形成软化区;库水位下降渗流驱动力增加了顺坡向的下滑力;降雨入渗进一步降低滑体、滑面物理力学参数,增大渗透力和浮托力。3种诱发机制的联合作用是导致江东寺岸坡垮塌的原因。采用PFC2D对江东寺岸坡进行数值模拟发现,库水位上升对类土质土体具有劣化作用;145m水位处的滑坡破坏运动速度最大,达0.59m·s-1,岸坡破坏具有突发性。数值模拟破坏过程与现场监测数据吻合。     

库水位骤降情况下均质库岸边坡稳定性分析

大坝建成蓄水之后,由于水位的抬高,引起边坡地下水渗流状态发生较大的改变,并有可能引发滑坡等岩土工程失稳现象的发生。本文采用GEO-SLOPE及SEEP/W耦合分析了岸坡在水位骤降情况下岸坡内的渗流场分布以及安全系数的变化。结果表明:在水位骤降的过程中,岸坡体产生了向临空面渗透;库水位骤降过程中,安全系数快速减小,当水位下降到最低水位保持不变时,上游岸坡安全系数出现了随时间逐渐增加的趋势。     

水位变动对框架码头排架桩弯矩影响试验研究

为探究岸坡后方水平作用力下水位变动时排架桩体弯矩沿桩身变化规律,试验设置7组水位变动方案,在后方40KN水平均布荷载作用下测定桩身应变;并分析弯矩变化。结果表明,与水位上升相比,水位下降时A桩弯矩平均增量最大,为24.20 N·m;D桩弯矩平均增幅最大,为22.76%;C桩弯矩减小。距坡肩较近的A桩与B桩桩身弯矩随水位升高而减小,距坡脚较近的D桩桩身弯矩随水位降低而减小,中部C桩弯矩变化规律不明显。水位上升时各桩身弯矩曲线变化形状与下降时一致,水位变动并没有改变排架结构中桩体弯矩沿桩身分布曲线的形状,但影响弯矩数值大小。     

铺设保温板的多年冻土边坡水热力耦合分析

为了给保温板防护多年冻土边坡提供设计依据,基于水热力耦合理论,建立了铺设保温板的冻土边坡多场耦合分析模型,运用有限元法进行了求解,依托Matlab软件编制了计算程序,结合实例分析了铺设不同厚度保温板的边坡温度、水分、应力及位移变化规律.结果表明:保温板的最佳施工时间为冻结期结束时,厚度为5~7cm;融化期结束时,在冻融交界面处未冻水含量和剪应力均达到最大,且剪应力呈带状分布,水平位移分布呈凸肚状,随着保温板厚度增大,坡面附近高含量未冻水土层的厚度依次减小,剪应力最大值增大,水平位移明显减小;冻结期结束时,铺设保温板边坡的水平位移分布呈倾倒状.保温板阻止边坡上限下移有积极作用,能提高边坡的稳定性.     

库区碎石土边坡稳定性及其参数敏感性分析

本文以某库区碎石土岸坡为背景,建立了二维饱和-非饱和边坡渗流及稳定性计算模型。基于极限平衡法,分析库区蓄水-稳定运行-放水全过程以及不同水位升-降速度、碎石土渗透性和抗剪强度下的岸坡稳定性变化规律。结果表明:蓄水阶段,浸润线为"下凹"形,而放水阶段浸润线为"上凸"形。库水位上升或下降,安全系数均出现先减小后增大的变化规律,且水位升、降过程都存在一个最不利水位值。相较于水位上升,水位下降阶段对岸坡稳定性更加不利。稳定运行阶段,安全系数单调减小,但变化幅值不大。适当增加蓄水速度有利于岸坡稳定性,而放水速度越快,不利于岸坡稳定性,且水位骤降时,有产生滑坡的风险。碎石土渗透性越强、抗剪强度越大对岸坡稳定性越有利,内摩擦角对岸坡稳定性的影响程度要大于黏聚力。因此,建议关注最不利水位时的岸坡稳定性,严格控制水位下降速度。所得结论可为库岸边坡稳定性评价及灾害防治提供科学依据。     

白鹤滩水库初次蓄水对双河段岸坡稳定性的影响预测分析

以白鹤滩库区巧家县双河左岸土质岸坡为研究对象,通过野外详细调查、现场钻孔剪切试验以及SEEP&SLOPE模块耦合分析,针对该岸坡在未来蓄水后的稳定性问题进行预测分析.研究发现:双河左岸土质岸坡主要由残坡积角砾土组成,其对水敏感性较强,饱水后角砾土内聚力降低60.65％,内摩擦角降低40.0％,内聚力受影响程度大于内摩擦角.当水位由当前状态先升至765 m,再升至825 m时,渗流场反应明显,坡体稳定性系数由1.238降至1.098,再降至1.010,降幅先大后小,坡体由稳定状态过渡欠稳定状态后处于失稳临界状态.岸坡土体在库水作用下发生的结构损伤、强度衰减是岸坡稳定性恶化的主要原因,其变形趋势将由蠕滑变形向整体失稳破坏发展;在此过程中,库水的反压作用对于岸坡水下部分具有有利作用,促使岸坡受影响,高程段缩减.     

金川矿区深部巷道围岩流固耦合稳定性数值模拟

 地下水渗流会影响巷道围岩力学性质,本文结合流固耦合基本原理,以金川二矿区深部巷道为例,采用MIDAS/GTS建立了金川二矿区1000m水平某巷道流固耦合模型,研究渗流对围岩应力场、围岩变形及开挖卸载影响。计算结果表明,渗流作用对巷道围岩竖向应力的影响大于水平应力,渗流也导致围岩最大、最小主应力比无水时偏大。渗流和无水状态下围岩变形空间分布具有相似性,渗流对巷道围岩水平位移影响相对较小,但对围岩竖向位移影响较大,其中巷道拱部竖向位移明显大于无水状态,渗流时拱部最大位移约为8.2mm,而无水时仅2.3mm左右。因此,渗流效应将导致巷道顶板稳定性变差。开挖卸载对渗流场的影响表明,开挖后巷道周边压力水头迅速降低,孔隙水压力最小降为零,且孔隙水压力也从水平层状分布变为沿巷道轮廓环形带状分布。     

基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合振动分析

运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了单、双向流固耦合振动分析,并将单、双向流固耦合进行了对比分析,同时考虑了立管支承方式、流体边界条件对立管振动的影响,最后提出了立管减振措施。结果表明:立管变形最大处发生在立管中间处,最大应力发生在立管的入口和出口处附件的上下部;双向耦合作用下立管最大等效应力和最大变形量均小于单向耦合;随着立管约束数量的增加,立管的变形量和等效应力变小;随气相速度增大时,立管位移减小,相反,随液相流速的增加,立管位移增大,随截面含气率的减小,立管位移增大。分析结果对海洋立管的优化设计和运行的可靠性提供了重要的理论意义。     

前缘塌岸对三峡库区淹锅沙坝滑坡变形影响分析

三峡水库长期运行后,库水作用使土质岸坡变形破坏加剧,甚至导致滑坡复活。受库水位变动影响和波浪作用,秭归淹锅沙坝滑坡前缘不断发生塌岸,且滑坡变形对前缘塌岸响应较为明显。因此以该滑坡为例,基于地表宏观变形、全球定位系统(global positioning system, GPS)位移数据,深部位移监测等数据,分析淹锅沙坝滑坡的变形机制。为进一步探索前缘塌岸对滑坡变形的影响机理。采用GeoStudio软件,基于生死单元技术实现不同坡面形态的淹锅沙坝滑坡的数值模拟,分析原始形态、当前坡形、塌岸发展后等不同坡面形态滑坡渗流场,应力场,位移场的变化规律。结果表明：淹锅沙坝滑坡左侧整体变形较大;受库水作用影响,滑坡前缘发生塌岸,塌岸侧中前部的GPS监测点位移量随之增大,因而塌岸对滑坡整体稳定性有一定影响。数值模拟结果表明：淹锅沙坝滑坡是动水压力型滑坡;不同坡形渗流场结果变化较小;滑坡前缘的水平向应力分布会随坡形变化而变化,进而影响滑坡的位移变形和整体稳定性;当前坡形发生塌岸后,前缘的水平方向应力值增大,位移量随之增大,滑坡整体稳定性下降;数值模拟结果与实际变形情况一致。GeoStudio软件可以较...     

白鹤滩库区小江碎石土岸坡库水作用稳定性规律分析

水库蓄水是导致山区水库的地质灾害频发的主要原因之一.通过现场调查、物理力学性质试验和数值模拟分析对白鹤滩库区小江碎石土岸坡的蓄水稳定性进行了研究.结果表明:在库水上升阶段坡体内浸润线呈"内凹"状,库水快速下降阶段坡体浸润线呈"外凸"状,坡体内部渗流场始终处于不断调整状态,但浸润线变化始终滞后于库水位的变化.在库水上升阶...     

复杂工况土质边坡的失稳破坏特征

库岸边坡的失稳和破坏往往会造成严重的人员伤亡与巨大的经济损失。造成边坡失稳和破坏的因素多种多样。开展了不同含砂率的均质饱和土质边坡在水位升降、水下冲刷、震动及不同水流流速下边坡的失稳与破坏室内模型试验。试验结果表明：在水位升降与水下冲刷条件下,均质下蜀土饱和土质边坡稳定性最好,土质边坡含砂率越高,边坡抵抗水位升降与水下冲刷的能力越弱,边坡越易失稳滑塌破坏;在震动作用下,饱和边坡土体内孔压快速上升,有效应力快速减小,边坡更易失稳崩塌破坏。水流潜蚀导致边坡土体细小颗粒更易流失,水流潜蚀作用使边坡坡脚部位形成凹陷空洞,使坡体上部失去支撑而导致边坡崩塌失稳破坏,且水流速度越快,边坡越易破坏。     

基于Midas GTS/NX的新疆沙漠输水明渠风积土岸坡稳定性分析

为了准确评估各类工况对新疆沙漠输水明渠风积土岸坡稳定性的影响。通过开展室内土工试验及对该渠道岸坡地质工况进行了调查,采取Midas GTS/NX软件中的强度折减法对输水明渠在未加固和加固两种工况下的竣工期、降雨期、输水期和水位骤降4个时期的二维岸坡进行稳定性计算,通过对比岸坡在未加固与加固两个工况下4个时期的整体位移量、等效塑性应变区和安全系数,对岸坡整体稳定及加固效果给出了分析及评价。结果表明：渠道未加固与加固两个工况下4个时期下风积土岸坡均处于稳定状态,安全系数均大于1.30;渠道位于输水期时,坡体前缘水压增加,有效提高渠道岸坡的安全系数,但水位骤降对风积土岸坡稳定性影响最大,降雨次之;未加固时,4个时期的岸坡等效塑性应变区呈圆弧状且已贯通;经加固后,岸坡等效塑性应变区大体沿衬砌呈直线分布,滑移带位移变形得到较好控制,极大程度降低了滑坡灾害发生的可能性。研究结果在一定程度上可以为新疆沙漠风积土输水渠道工程建设提供参考。     

库水位循环下岸坡-桥梁桩基相互作用致损机理

库水位循环作用下,库岸边坡岩土体物理力学性质劣化,引起岸坡变形、滑移,将对桥梁基础、桥墩及上部结构产生不同程度损伤,甚至会导致桥梁上部结构落梁、垮塌。针对重庆万州长江二桥库岸边坡失稳致灾问题,采用FEM-SPH(finite element method-smoothed particle hydrodynamics)转换耦合算法建立了岸坡-桥梁三维有限元模型,结合桥位处地质勘测数据模拟了变动水位条件下岸坡变形、滑移、失稳全过程,揭示了岸坡滑移与桥梁桩基相互作用机理,研究了桥墩偏位规律及下部结构失效模式。结果表明：以滑动带有限元网格悉数转换为SPH(smoothed particle hydrodynamics)粒子作为岸坡失稳判据,FEM-SPH转换耦合算法能够更直观、准确地模拟库岸边坡从变形、滑移至失稳全过程;桥位处岸坡将在第16、20次水位升降循环过程中发生失稳破坏;随着岸坡变形、滑移、失稳演化,桥墩偏位呈“缓增-激增”的变化趋势;岸坡发生第2次失稳时,桩基础在土-岩交界面上部发生剪切破坏,破坏面与水平面夹角约为60°。     

地震作用下库区堆积层滑坡失稳机制

为研究地震作用下库区堆积层滑坡失稳机制,以雅鹊湾滑坡为例,基于Geo-Studio中Quake/W和Slope/W耦合建立数值模型,分析其在地震作用下的稳定性变化和动力响应.在地震作用下滑坡稳定系数在1.199 ～0.859波动,随着库水位由175 m降低到145m,滑坡稳定性由欠稳定降为不稳定;堆积层越厚的部位,受到地震作用后位移越大,滑带和后缘基岩发生的位移较为一致;监测点峰值加速度随高程的增加而增加,且加速度峰值的出现时间也随高程增加而滞后;坡面峰值加速度受到坡度的影响,监测点坡度发生较大改变时,峰值加速度会相应的减小.分析其在地震作用下的失稳机制,得出堆积层滑坡后缘剪切破坏,表层岩土体沿平行于滑带的滑面滑动,剪出口为库水位淹没的区域,滑坡由表层向深部滑动,最终基岩上覆土体全部滑动破坏,同时滑坡滑移会导致后缘基岩产生临空面,极易发展成为崩塌灾害.