季冻区边坡地下水渗流模型试验

随着季节冻土区的交通网络建设和基础设施建设项目不断增多,季节冻土区边坡工程冻融灾害问题越发严重。中国在此方面的研究起步较晚,中国学者虽积极开展研究;但较少有人通过试验手段研究地下水位变化对季节冻土区边坡的影响。使得季节冻土区边坡因春融期地下水上升引起的冻融-渗流稳定性问题成为亟待研究的课题之一。通过室内模型试验,揭示季节冻土区粉质黏土边坡在不同初始含水率、相同坡比的条件下,随着地下水位的升高,粉质黏土边坡在春融期破坏形式由浅层滑坡破坏向整体破坏过渡。     

热-湿-应力耦合作用下框架锚杆支撑的边坡冻融特性分析

为探究季冻区框锚支护边坡的冻融规律,根据传热传质理论,给出了土体在冻融过程中温度场、水分场和应力场的数学模型方程,使用有限差分法对温度场和水分场进行分析,在每个时间步长内使用有限单元法对应力场进行分析。同时,针对土体与结构的协同作用,提出了零宽度四节点单元作为二者的联结单元,来体现二者的联结关系。基于MATLAB软件平台编制了计算程序,并结合室外试验验证了程序的可靠性。结果表明：边坡顶部受温度影响较大,地表温度在冻结和融化时对土体最大影响深度分别是2.0m和1.5m;冻结时的剪应力大约是融化时的2.5倍,在坡面上分布较均匀,边坡处于稳定状态;融化时的剪应力在坡脚处出现应力集中,在融化区和未融化区交界面发生剪应力突变,边坡处于不稳定状态;3种工况下冻结时锚杆轴力最大,大约是初始工况的2.4~2.5倍,融化时锚杆留有残余轴力,大约是初始工况的1.1~1.3倍,表明冻融过程中的冻胀变形对锚杆内力影响较大,一旦超过其抗拉极限,就会发生锚杆被拔出的现象致使防护失效,边坡失稳。因此由冻结引起的变形会对锚杆内力产生不可忽略的影响,此类边坡工程中需要加以重视。     

框架锚杆支护边坡地震响应分析

研究框架锚杆支护边坡的动力特性和抗震机理,包括边坡竖向地震响应、水平地震响应,框架的地震响应,锚杆的地震响应,土压力地震响应.考虑土体与支护结构相互作用及其协同工作建立三维有限元模型,分析双向地震激励下框架锚杆支护边坡的动力响应,给出地震波和阻尼的选取方法.结果表明:在地震作用下边坡发生了永久位移,表明支护边坡延性大、有很好的抗震性能;锚杆轴力沿全长变化不均匀,在滑移面附近幅度最大;每层锚杆的增幅也不相同,中间几层增幅大,上下两层增幅小;框架内力和土压力在地震作用下明显增大.     

竹城公路层状岩质边坡的稳定性研究

为了研究竹城公路层状岩质边坡的稳定性及防治措施,通过现场调查和赤平投影分析边坡潜在变形滑动机理;利用UDEC软件建立层状边坡数值计算模型,分析开挖过程中岩土体的变形情况;根据变形破坏模式提出层状岩质边坡的长短锚杆交替复合支护结构.研究结果表明:浅层滑动和楔形体滑动破坏是该公路边坡的主要破坏模式;开挖完毕后左侧边坡存在稳定性隐患;当边坡开挖到第4步时,将发生滑移破坏;长短锚杆交替复合支护结构充分利用了锚杆和岩土体的受力特性,有效加固了边坡.     

地震作用下复合土钉支护边坡动力响应分析

采用大型有限元软件ADINA对复合土钉支护边坡进行地震响应分析.地震波输入选用常用的EL-Centro波,分析内容包括支护边坡位移、加速度、土钉、锚杆的轴力时程响应.在建立有限元模型时,考虑土体和支护结构相互作用;应用非线性静动力性能的弹塑性M-C模型模拟土体;采用双线形强化模型模拟支护结构;土与支护结构相互作用由接触单元模拟.结果表明复合土钉边坡支护结构比纯土钉边坡支护结构有更好的抗震性能;普通土钉支护最大水平位移发生在边坡顶部,而复合型土钉支护发生在边坡的中上部,尤其是在施加了预应力之后,边坡在地震作用下位移明显减小;土钉和锚杆轴力在地震作用下放大显著,在滑移面附近轴力最大;位移和加速度沿着坡高逐渐增大.     

水热变化对季节冻土区牵引式滑坡变形的作用机制——以2020年8月11日西和县大型滑坡为例

季节冻融作用诱发滑坡的机制一直缺少定量化的研究结果,这源于缺少相应的理论模型。为了重构滑坡的变形过程并分析其变形机制,首次基于热力学理论,建立了季节冻土水分、温度和变形相互耦合的数值模型,阐述了水分变化对变形的作用机制。该模型的优点是能够体现冻土边坡中冻融作用引发的水分迁移过程和水分不均匀分布状况,并从水分对土体强度影响的角度来分析边坡稳定性。以2020年8月11日甘肃陇南市白冯村发生的大型滑坡为例,利用该数值模型计算了该滑坡处置前后边坡的水热和变形过程,并对其变形机制和稳定性进行了分析。结果表明,冷季水分向冻结锋面迁移并冻结成冰,暖季活动层内冻土融化导致液态水含量增加,从而使冰透镜体所在位置变成了潜在滑移面。在外部荷载（暴雨等）作用下滑体会沿着该滑移面产生滑动,这便是季节冻土区边坡中的水分迁移过程及其对滑体滑动的作用机制。此外,案例分析表明,滑坡处理前边坡最大垂直变形和最大水平变形分别为72.41 cm和68.57 cm。设置抗滑桩后,边坡达到稳定状态时的最大垂直变形和最大水平变形分别为2.60 cm 和2.72 cm,稳定性显著提升。而且,滞水层高度的提升导致边坡垂直和水平变形0?位移线分别升高了2.05 m和2.03 m,这使得潜在滑体体积减小,从而有利于边坡稳定。然而,抗滑桩仅从力学方面提升了边坡稳定性,但是潜在滑移面仍然存在,在外部外荷载作用下,滑坡可能会复活。     

框架预应力锚杆支护黄土边坡土压力分布模型试验

在框架预应力锚杆支护边坡工程中,由于锚杆、预应力及堆载的存在,使得边坡应力状态复杂.以相似理论为基础,通过室内模型试验的方法,研究黄土地区框架预应力锚杆支护边坡的土压力分布规律.试验结果表明,锚杆预应力的大小、位置及其施加次序是影响边坡应力状态的主要因素.     

露天转地下开采模型试验系统及其应用

为研究露天转地下开采条件下,高陡边坡与地下采场围岩的变形和应力变化规律,研制出一种高陡边坡露天转地下开采模型试验系统.该系统由开采模拟方法和开采模拟系统组成,其中,模拟试验方法包含完备的模型制作和开采模拟技术,开采模拟系统包含模型框架、模型制作设备和模型监测系统.以大冶铁矿狮子山矿段为工程背景,运用该系统进行露天转地下开采模型试验研究,得到开采过程中矿区边坡、地下采场围岩的变形规律和破坏特征.研究结果表明:该系统具有良好的适应性,可满足露天转地下开采及其他大型地下工程物理模型试验研究的需要.     

冻融与静荷载双重作用下土体内部孔隙水压力、水分场变化规律研究

在季节冻土区,土体内部孔隙水压力和水分含量受冻融循环和外部荷载的影响.通过模型试验,利用孔隙水压力传感器和水分传感器对冻融与静荷载双重作用下黄土内部的孔隙水压力和水分含量进行监测,得到不同深度处孔隙水压力和水分含量的变化过程.结合静荷载的应力场,进一步分析孔隙水压力和水分含量的空间变化规律.试验结果表明:在冻融与静荷载双重作用的初期,土体内部孔隙水压力快速增大;之后,孔隙水压力开始随温度呈周期性变化.在一个冻融周期内,土体内部孔隙水压力和水分含量都随温度的升高而增大,随温度的降低而减小,而且孔隙水压力和水分都随温度的变化而表现出滞后性.随着冻融循环次数的增加,孔隙水压力在荷载下方和两侧形成三个集中区;水分则在荷载下方形成高含水量区,在荷载两侧形成低含水量区.通过对静荷载产生的应力场进行分析发现,土体内部孔隙水压力和水分场的空间分布与静荷载产生的应力场有密切关系.     

水温冻融循环条件下沥青混合料性能衰变的规律

在我国北方寒冷地区或南方部分地区遭遇突变冰雪天气时,路面材料长时间处于有水、低温冰冻状态及温度交替变化过程中,因水分和温度共同作用引起的冻融损坏现象较为普遍.通过测试冻融过程中试件内部温度的变化,确定了室内冻融循环试验方案,分析了有水条件下冻融0,5,10,15,20次后沥青混合料的空隙率、抗压强度和冻融劈裂强度的变化规律.研究结果表明,沥青混合料的强度和水稳定性能受多次反复冻融影响衰减显著.     

桩锚边坡支护结构地震响应分析

为了弄清楚桩锚支护边坡的动力特性和抗震机理,考虑土体与支护结构相互作用及其协同工作建立有限元模型,进行了水平地震激励下桩锚支护边坡的动力响应。研究内容包括边坡水平地震响应,桩的地震响应,锚杆的地震响应。结果表明,在地震作用下边坡发生了永久位移,延性大、有很好的抗震性能,锚杆轴力沿全长变化不均匀,在滑移面附近幅度最大,桩内力和锚杆轴力在地震作用下明显增大。     

春季松嫩平原盐渍土积盐机理探讨——以吉林省松原市长岭县十三泡地区为例

松嫩平原地处半湿润半干旱内陆季风气候,干湿分明,春季增温迅速,风力强劲,土壤蒸发强烈.冻融时期,盐渍土壤水热盐分布格局与非冻融性盐渍土存在显著差异.研究冻融土壤的水盐分布格局表明:土壤饱和含水量线呈现"＞"形分布结构,总盐分含量和碱化度(ESP)的等值线呈"(∧)"形分布结构.消融期季节,地温梯度具有多向性和双似冻层的土体热力构型.冻融季节,水分分布场、地热格局和盐分分布场有密切相关.根据系统统动力学原理,建立水热盐复合模型,寻求春季盐渍土积盐机理,为松嫩平原盐渍土壤资源开发利用提供理论基础.     

框架预应力锚杆边坡支护结构顶部静力位移求解及其所受影响因素分析

框架预应力锚杆支护结构的顶部静力位移是一个重要的变形控制指标.选取梯形土压力模型,基于稳定性极限平衡理论提出采用力法求解其顶部静力位移,分析地面施工荷载和锚杆间距设计参数即第一排锚杆离坡顶的距离、锚杆水平间距和锚杆竖向间距对顶部静力位移的影响.结果表明边坡地面施工荷载和锚杆水平间距对位移影响不明显,而第一排锚杆离坡顶的距离和锚杆竖向间距对边坡顶部位移的影响非常显著.     

基于应变软化模型的软岩高边坡过程稳定性研究

为了研究软岩边坡开挖过程中及支护后的稳定性变化规律,基于应变软化模型采用FLAC3D软件对边坡开挖过程中的变形、塑性区分布、安全系数的变化以及采取不同处治措施的支护效应进行计算分析.研究结果表明:用FLAC3D软件建立的应变软化模型能够较好地反映软岩边坡应变软化特性；在软岩边坡开挖过程中,铅直位移和水平位移呈现出逐渐增大的趋势,各特征点铅直位移总体上大于水平位移;边坡剪切、张拉塑性区分布主要集中在边坡表层2～4 m范围内;在开挖过程中,边坡安全系数逐渐降低；采用全长注浆锚杆对边坡进行支护能有效控制边坡变形,且安全系数降低.     

框架锚杆支护结构动力模型建立及响应分析

为分析地震作用下框架锚杆支护结构的动力响应,以某中跨立柱单元为对象,考虑边坡加速度放大效应对支护结构上动土压力的影响,将立柱简化为抗弯刚度均匀的竖向杆件,依据锚杆工作机理将自由段简化为线弹簧,考虑土体阻尼影响将锚固段简化为线弹簧与牛顿粘壶,支护结构坡脚处简化为固端约束,进而建立支护结构动力响应简化模型.运用力法与图乘法对支护结构动力响应进行求解,建立支护结构动弯矩和动位移与坡高之间的关系.模型计算方法与Geo-Studio有限元软件结果对比,验证模型的合理性与可行性,为此类工程设计与地震作用下支护结构动力研究提供相应的参考.     

黄河源区不同植被类型覆盖下季节冻土冻融过程中的土壤温湿空间变化

在对不同植被覆盖度(95%,70%～80%,40%～50%和10%)下的土壤水分(θv)和土壤温度(Ts)进行日观测的基础上,研究了冻融过程中植被覆盖变化对土壤水分分布和温度的影响.土壤温度与水分关系的回归分析表明:土壤冻融过程明显受植被覆盖变化的影响,植被覆盖变化还导致土壤水分和温度的耦合变化.使用了一个土壤水分和温度的耦合模型来研究植被覆盖的影响,结果证明了这一方法的有效性.结果表明:土壤水分对土壤温度的变化范围和幅度都有影响,高盖度下的土壤比低盖度土壤持水性强.此外,在冻结过程中,由于水的热容量大于土壤的,高盖度土壤能够抑制土壤温度的降低幅度,高盖度土壤具有较好的绝热功能.对于黄河源区不同植被类型覆盖下季节冻土冻融过程中的土壤温湿空间变化研究有利于为高寒冻土地区冻土和生态环境的保护及合理利用提供科学依据.     

竹锚杆—木框架梁支护边坡的数值模拟

为了对竹锚杆和木框架梁的支护作用进行分析,运用Midas GTS/NX软件对竹锚杆—木框架梁支护边坡进行了数值模拟,研究了竹锚杆的轴力、剪力、弯矩以及木框架梁的弯矩。最后分析了有无竹锚杆—木框架梁支护的边坡对边坡安全系数和边坡塑性区的影响。结果表明:竹锚杆–木框架梁对黏性土边坡能够起到良好的支护效果,不会在黏性土边坡中产生潜在的滑动面,从而导致边坡发生滑动。没有竹锚杆—木框架梁支护的边坡安全系数为1.05,而有竹锚杆—木框架梁支护的边坡安全系数为1.51,竹锚杆—木框架梁对边坡的能够起到良好的加固效果,有利于边坡的稳定。     

不同锈蚀度时海底隧道锚固支护结构岩锚相互作用分析

基于长期氯离子侵蚀及干湿交替环境作用,海底隧道锚固支护结构发生锚杆锈蚀,造成支护结构强度工作性能劣化,结合某海底隧道Ⅳ级围岩锚固支护结构设计,基于前人研究理论及试验成果,采用数值分析软件FLAC3D并借鉴有限元强度折减思想,分析不同锈蚀程度下隧道的位移、应力、塑性区等影响规律,探讨锈蚀对锚固支护结构体系中岩锚相互作用的影响。研究结果表明:随着锈蚀度的增加,隧道加锚围岩区的位移增大,塑性区扩展,说明锚杆锈蚀削弱了锚固支护结构的整体支护强度;锈蚀对隧道加锚围岩起拱线处的收敛变形影响明显。锚杆锈蚀降低了锚固支护结构中岩锚相互作用,锈蚀对锚固注浆体的黏结作用的损失影响比对锚杆应力作用的损失影响大。     

框架预应力锚杆支挡结构的理论分析及工程应用

对一种新型支挡结构即框架预应力锚杆支挡结构进行了研究.合理选取了框架预应力锚杆支挡结构的土压力计算模型和框架、锚杆的计算模型,并提出采用力法求解框架和锚杆的内力.改进了锚杆自由段长度的计算方法,推导了结构的基础埋深和稳定性极限平衡分析的计算公式.用此方法设计的多个高边坡经实践证明安全、可靠并具有良好的经济效益.此方法也为黄土边坡支挡结构计算提供了一种新的途径.     

冻融循环作用下白云岩边坡的稳定性分析

为了探究季冻区白云岩边坡在冻融循环作用下的失稳机理,通过白云岩完整岩样的室内快速冻融循环试验、声速测试试验和单轴压缩试验,获得了不同循环次数后岩块的物理力学性质参数,结合广义Hoek-Brown岩体强度准则,利用冻融岩样的纵波波速量化冻融裂隙岩体的地质强度指标GSI和冻融扰动因子Dn,实现了将岩块的冻融力学参数向边坡裂隙岩体冻融力学参数的转化,并分析比较了岩体各参数的冻融劣化效应,最后以河北省北部山区某白云岩高边坡为背景,利用FLAC3D分析了边坡在冻融效应下的循序破坏机理。结果表明：边坡岩体的各项力学性质参数在冻融作用下均呈指数型下降趋势,其中岩体破碎度的冻融劣化效应最强;剪切塑性区主要在边坡的冻融层中产生和扩展,坡脚处的受损和变形最严重,边坡冻融破坏模式主要为表层碎裂岩块的崩落和沿冻融交界面的浅层滑塌。可见,冻融白云岩边坡的防护方案宜优先考虑从提升岩体完整性的角度入手并选用施工扰动较小的支护体系,以避免因施工扰动而造成浅层风化堆积体的滑塌。