岩质边坡节理信息数字识别及三维模型重构——以石家庄市南障城镇边坡为例

在地质调查中,为了实现岩质边坡节理信息数字识别及三维模型重构,开发设计了基于倾斜摄影的裂隙岩体边坡三维模型重构软件。该软件通过小型无人机倾斜摄影采集数据,然后基于增量式运动结构恢复算法和深度图融合的多视点立体视觉算法（multi-view stereo,MVS）进行三维模型重构,最后利用随机抽样一致算法（random sample consensus,RANSAC）和区域生长法对得到的结果进行岩体结构面识别,得到结构面产状等节理信息。把软件得到的三维模型和节理信息结合FLAC3D有限元软件,运用强度折减法进行稳定性分析。结果表明：采用小型无人机采集的数据完整有效;三维重构出的模型可以很好的描述出实际岩质边坡;结构面识别得到的岩质边坡节理信息误差较小;基于岩体体积节理数和结构面条件因子量化地质强度指标（Geological Strength Index,GSI）的方法得到Hoek-Brown准则参数准确可靠。可见,利用小型无人机倾斜摄影结合开发设计的软件,可以快捷、高效和准确的实现岩质边坡节理信息数字识别及三维模型重构,对于实际工程具有一定的应用价值。     

透镜体对尾矿坝安全性影响的参数敏感性分析

透镜体在坝体中的大小、位置、形状以及抗剪强度参数和变形参数皆为坝体安全性的影响因素,其影响主要体现在坝体的浸润线深度、坝顶位移和安全系数.本研究基于正交试验设计法和熵权决策法,对透镜体进行参数敏感性进行分析.研究结果表明:透镜体的垂直位置和面积比率是最关键的几何影响因素,而黏结力(c)和摩擦角(φ)则是最关键的材料影响因素;透镜体面积比率越小,坝体安全性高;透镜体处于坝体顶部和后缘时,坝体安全性越高;透镜体的c,φ以及渗透系数Ks与破坏比Rf越大,坝体安全性越高;在评价坝体稳定时,建议综合坝顶位移与安全系数2个指标对其进行稳定性分析.     

多源异构监测数据融合方法及应用

目前,工程结构安全状态监测（如变形监测,应力监测,断裂监测等）,是一种重要的认识和掌握施工过程、使用过程中工程结构状态的方法。由于监测方法的多样性以及监测数据量纲的不一致,如何通过全面分析监测数据评估工程结构的状态亟待更加深入的研究。本文提出了一种用于多源异构监测数据融合方法。首先,基于小波分解技术对不同类型的原始监测数据进行预处理和去噪。其次,借助熵权法将来自不同监测点的相同类型监测数据融合为一个监测序列。然后,利用主成分分析法从不同类型的监测序列中提取出综合监测信息作为时间序列,用于分析随时间变化的工程结构状态。最后,利用所提出的方法对基桩托换过程中的不规则平板桥安全监测过程进行了分析。结果表明,在基桩托换过程中,综合监测信息序列能够较好地反映桥梁的整体动态力学行为,既有桩发生破坏的时刻是整个过程中最危险的时刻。     

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。     

冻融循环条件下白云岩物理力学特性研究

为了探究白云岩岩体的强度和力学参数在循环冻融作用下的演化规律,将饱水状态下的白云岩试样分为11组,在-20~20℃的温度区间内进行了50次循环周期为8h(冻4h,融4h)的室内快速冻融试验,每隔5次循环后观察岩样的表观劣化情况,随后进行干燥和饱和两种状态下的质量和纵波波速的测定,最后进行常规单轴压缩试验。将白云岩的质量、纵波波速、单轴抗压强度、弹性模量等物理力学性质指标同冻融循环次数进行了非线性的参数拟合,并分析了应力应变曲线随冻融循环的演化规律。试验研究结果表明：低孔隙率的白云岩试样抗冻性较好,仅有两块试样的端面在实验过程中出现了闭合型微裂缝;冻融循环作用对质量的变化影响很小且无明显规律性;水的存在会对波速测试起干扰作用,干燥状态下的波速拟合结果较饱和状态下的拟合结果更为理想,能真实准确的反映岩石内部的结构劣化;弹性模量和单轴抗压强度在冻融循环过程中均呈指数型下降趋势;应力应变曲线中的压密阶段随冻融循环次数的增加而增长,岩样的脆性逐渐减弱延性逐渐增强,具有峰前塑性硬化的特征。将参数拟合的结果应用于广义Hoek-Brown准则,引入基于声波波速变化的冻融损伤因子,建立了基于声速变化的冻融累积损伤效应下的岩体力学参数表达式,为寒区岩体工程设计过程中岩体力学参数的取值问题提供了一种新的方法。     

基于倾斜变形的边坡临界滑动面确定方法研究

采用强度折减法寻找三维边坡临界滑动面是边坡稳定性分析工作中的重要问题。本文基于对边坡临界状态位移场的分析,提出一种三维边坡临界滑动面的确定方法,即认为当边坡处于临界状态时,滑动面上的点是空间倾斜角度最大的位置点。通过强度折减计算使边坡达到临界状态,沿边坡表面及坡体内部等距布置测线和离散点,并计算各离散点的空间倾斜角度,提取每条测线上离散点空间倾斜角度最大值的坐标点;然后利用局部加权回归散点平滑方法做平滑处理,并将曲面在边坡范围外的多余部分进行裁剪即可得到三维边坡的临界滑动面。最后,探讨了倾斜变形计算长度大小和离散点布置的疏密程度对滑动面的影响,结果表明,倾斜变形计算长度对滑动面形状影响较小,离散点间距对滑动面形状存在一定的影响。     

深埋圆形毛洞隧道围岩压力拱范围研究

为揭示深埋圆形毛洞隧道围岩压力拱范围,基于复变理论及经典弹塑性理论,结合M-C屈服准则,提出了一种准确预测围岩压力拱内、外边界的方法,并通过数值计算验证了预测方法的正确性.在验证预测结果正确的基础上,研究了隧道埋深、侧压力系数和围岩条件3个主要因素对围岩压力拱范围的敏感性.研究结果表明:1)软弱松散岩体中深埋圆形毛洞隧道上半部分是施工的关键,施工时应考虑对隧道拱顶120°范围内采取适当的超前支护手段,以确保隧道施工安全;2)围岩条件较差时,隧道施工促使周边围岩松动区贯通,必要时建议采取全断面超前注浆加固措施,以防止围岩松动区进一步发展.研究理论为判定毛洞隧道周围松动区是否贯通和确定隧道超前支护的位置及范围提供参考.     

考虑横向约束作用的锚杆锚固参数优化

为了探究锚杆不同锚固参数对顺层岩质边坡稳定性的影响,基于综合考虑锚杆轴向作用力和横向作用力的锚杆数值模型,嵌入离散元软件UDEC(universal distinct element code)中的局部加固单元LOCAL REINFORCE单元,针对某顺层岩质边坡,分析了锚杆长度、锚固角、锚杆间距和布设方式对边坡稳定性的影响,并基于正交试验提出了锚固优化方案.结果 表明:锚杆存在有效长度,在有效长度内,锚杆长度和边坡安全系数存在线性关系;锚杆存在最优锚固角,且锚杆长度越大,最优锚固角越小;锚杆间距越大,边坡安全系数越小,且安全系数下降速率随间距的增大逐步减小;以边坡安全系数和锚杆用量为评价指标,通过正交试验对等长支护锚固参数进行了优化设计,得出了较佳的两个锚固试验方案;各锚固参数对边坡稳定性影响由大到小分别为:锚杆间距、锚杆长度、锚固角;锚杆布设方式对边坡稳定性的提升由大到小分别为:由长到短型、等长布置型、由短到长型.在考虑锚杆布设方式时,应使锚杆穿越的岩层与边坡位移情况相匹配.     

陡倾顺层边坡地下开挖失稳模式分析

为了探究陡倾顺层边坡在地下开挖工况下的失稳模式,进行陡倾顺层边坡的地下开挖相似模型试验,并通过离散元软件(universal distinct element code,UDEC)数值模拟分析与相似模型试验互相验证,以极限平衡法为理论基础提出该失稳模式的稳定性分析方法,并以相似模型试验验证方法的可行性。试验结果表明,陡倾顺层边坡开挖后,其开挖区上方岩体将沿岩层层面发生剪切滑动,并导致边坡坡面产生塌陷,可见其失稳模式为"滑塌"破坏。通过计算边坡模型潜在滑塌岩体的抗滑力和下滑力,定义安全系数为其比值,得其安全系数为0.66。该稳定性分析方法可为边坡安全性评价提供新思路。     

梯田式填筑-降雨时序作用下沟谷区高填方地基变形与边坡稳定性分析

山区城镇化建设力度逐步加大,削山填沟工程广泛分布,高填方地基沉降变形与边坡稳定性是安全建设最重要的问题之一。本文提出了梯田式填筑—降雨时序作用下沟谷区高填方地基变形与边坡稳定性分析方法,首先依托地质资料建立梯田式填筑数值仿真模型,然后通过试验确定填筑体的力学参数,分析梯田式填筑过程中边坡内部响应规律,最后在降雨时序作用下模拟高填方地基多场非完全耦合变形规律,并将此方法运用到湖北省十堰市郧西县扶贫产业园项目。研究表明：填筑体随含石量增加,粘聚力总体呈波动式下降趋势,内摩擦角相对变化不大,饱和作用下试样抗剪强度具有显著弱化作用；填筑时步过程中,填筑层对边坡变形影响具有一定的时空限制范围；降雨时序作用下,填方区降雨影响深度为距地表12 m范围附近,结合测斜长期监测数据,与模拟结果较为相似。研究成果能为削山填沟高填方边坡风险评估与地质灾害防治提供技术与实践经验。