强降雨诱发平缓滑坡复活变形与稳定性演化分析

平缓滑坡因地形坡度小易受强降雨影响而发生变形破坏.为深入研究强降雨对滑坡复活变形及稳定性的影响,以湖北省秭归县土地岭滑坡为例,进行强降雨条件下的滑坡渗流-应力耦合模拟,分析不同降雨条件下的滑坡复活变形过程中的孔隙水压力、位移场变化和稳定性演化.研究表明,平缓的土地岭滑坡的阶跃变形与集中强降雨密切相关,降雨导致滑坡体内孔隙水压力从后部到前部逐渐增加,前部响应最快;滑坡稳定性系数随降雨过程逐渐降低,在24 h内降幅最显著.这对强降雨引发滑坡的变形机制与预警具有一定的参考价值.     

降雨入渗下膨胀性黄土隧道围岩破坏演化

应用FISH语言改进FLAC~(3D)软件的非饱和渗流计算功能,同时等效模拟渗流过程中土体强度折减和膨胀力增加的力学特性,提出降雨入渗下膨胀性黄土隧道围岩大变形破坏数值演化分析方法.依托某膨胀性黄土隧道工程实例,将隧道围岩变形及力学特性现场测试与计算结果比较,验证了该数值方法的适用性.结果表明:降雨持续作用下隧道围岩位移随含水率呈台阶形增长,分析得出了位移出现极大值时对应的含水率,在膨胀土隧道工程实践中可以此作为安全施工的一项监控指标;降雨持续作用60 h,隧道边墙正弯矩明显增大,初期支护向内挤出变形严重,围岩体剪切应变发育显著,且地表山体边坡发育出大面积塑性贯通区,数值分析有效揭示了隧道洞内塌方及地表山坡滑塌破坏机理.研究成果可对膨胀性黄土隧道围岩稳定性分析和变形控制提供一定的指导.     

隧道完整型岩盘渗透破坏失稳机制流固耦合模型试验研究

为研究深长隧道开挖过程中完整型岩盘在工程扰动和地下水渗流作用下发生渗透破坏的失稳机制,以在地形地质条件复杂的中西部地区修建的深长隧道-利万高速齐岳山隧道为工程背景,通过能够同时实现高水压加载和隧道开挖的渗流突水模型试验系统和配制的流固耦合相似材料,开展深长隧道完整型岩盘渗透破坏灾变演化规律的物理模型试验,研究了开挖扰动和防突岩盘厚度对其渗流特征的影响.研究结果表明:深长隧道完整型岩盘渗透破坏失稳突水本质是开挖扰动和地下水渗流耦合影响下突水通道逐渐形成、防突岩盘逐渐丧失阻水能力的结果;开挖扰动和防突岩盘厚度对围岩内水压力分布和涌水量具有显著的影响,围岩水压在承压水渗流作用下经历"稳定-增大-稳定"的过程;隧道开挖过程中,承载水压、涌水量与防突岩盘厚度分别表现出正、负线性关系,水力梯度及渗透系数均具有明显的分段特征,突变点前水力梯度和渗透系数基本稳定,突变点后水力梯度急剧减小而渗透系数快速增大;随着防突岩盘厚度的减小,岩盘的阻水性能逐渐降低,对外加水压的承压能力逐渐下降;突水灾害的发生虽具有很强的"突变"性,但突水通道的形成将经历一个较慢的渗透破坏过程.研究结果可为深长隧道突水灾变机理的研究提供参考.     

玉磨铁路软岩浅埋隧道冒顶机理分析及防治措施

以国家一带一路重点项目云南玉磨铁路曼勒1号隧道浅埋段为依托,结合现场施工中遇邻近断层破碎带隧道塌方冒顶事故,研究了西南地区软岩浅埋隧道冒顶防治措施.采用MIDAS GTS NX有限元软件建立邻近断层破碎带的浅埋隧道模型,依据隧道冒顶机理分析及有限元模型模拟分析结果,提出浅埋隧道支护方案.研究结果表明：在强化支护措施后浅埋隧道拱顶沉降及拱腰收敛均在允许变形量范围内;围岩塑性区主要集中在拱顶两侧及拱腰处,右侧塑性区范围较大,产生塑性破坏的风险较大.围岩最大主应力及初支最大主应力显示,隧道右侧拱腰处初支出现应力集中的风险较大,围岩出现应力集中后会导致受压破坏区和受剪破坏区逐渐增加,当两种破坏区域逐渐重合后围岩会产生塑性破坏,最终导致塌方冒顶.根据模拟计算及现场实际工况,本文提出在隧道塌方冒顶段采用“大管棚+小导管”超前支护组合、洞内全环I18型钢钢架附加临时横撑的支护防治方案,为了提高围岩稳定性对断层破碎带进行注浆加固,经现场施作后防治效果良好,为今后类似工程提供指导.     

深埋长大隧道围岩破坏能量释放数值模拟

为了研究材料强度和支护条件下隧道变形破坏中能量转移规律,利用RFPA计算软件,对深埋隧道变形破坏特征进行分析,从能量释放的角度分析隧道变形破坏发生机理,通过数值计算探寻深埋隧道开挖过程中围岩积聚的弹性能量随材料强度和支护强度的变化规律,由此得到了深埋隧道围岩变形破坏及可能诱发的动力灾害预测分析方法,为深埋隧道的合理开挖和安全支护提供参考依据。     

节理岩体中隧洞围岩的损伤破坏机理

结合细观节理形态的变化,在二轴围压条件下,数值模拟了节理岩体中隧洞围岩损伤破坏过程,研究了节理岩体中隧洞围岩体的破坏机理,分析了岩体中节理倾角对隧洞围岩稳定性的影响规律.结果表明:裂隙的产生和发展延伸主要是拉应力的作用,裂隙延伸方向大致与节理面垂直;节理倾角较小时,岩体中破裂以垂直于节理面的拉裂隙为主;节理倾角较大时,岩体裂隙以沿节理面的滑动裂隙为主;不同倾角的节理面对岩体破坏的脆性也有较大影响;岩体破坏前有大量微裂隙产生,同时伴随着声发射能量的释放,利用微震监测技术抓住这些微破裂前兆信息,能够较好地进行隧洞塌方、冒顶、岩爆等灾害预测,提前做好支护等应对措施,以保障人员、设备安全.     

叙大铁路隧道节理特征对围岩变形的影响

节理发育是隧道变形的主要影响因素之一。以叙大铁路隧道节理的发育特征情况为背景,采用离散元软件UDEC对隧道围岩节理特征进行了数值模拟,分析了围岩节理组数、倾角、间距以及围岩支护对隧道变形的影响。研究结果表明,隧道变形随节理组数增大而增大,主要点变形区域受节理倾角控制,当隧道节理间距小于1cm时,对隧道围岩变形影响较大。     

三维贯通节理对大跨隧道围岩稳定性的影响

为了探究贯通节理对大跨隧道围岩稳定性影响规律,运用3DEC软件结合离散元强度折减法,以剪切滑移区面积指标为稳定性判据计算大跨隧道围岩安全系数,分析三维状态下节理的走向、倾角、间距、力学参数对围岩稳定性的影响规律。研究结果表明：在大跨隧道围岩中,节理倾向影响稳定性程度由大到小依次为X向、Z向、Y向,仅有单向节理时,ψ>60°时围岩较不稳定;在双向节理组合下,节理倾角致使隧道失稳的经验判别式;节理间距对大跨隧道稳定性的影响程度根据不同块体形状而产生差异,拱顶分布长条形块体时影响最大,洞周分布尖条形块体时影响最小;节理力学参数对大跨隧道稳定性影响程度由大到小依次为内摩擦角、法向刚度、切向刚度、黏聚力;大跨隧道围岩节理倾角由水平到垂直的过程中,围岩变形破坏由拱顶沉降、拱底隆起转变为以拱顶、拱肩大变形及滑移为主。研究结果可为节理岩体中大跨隧道围岩稳定性判定及支护优化提供借鉴。     

成对节理对废弃黄土窑洞边坡稳定性的影响

节理在黄土地区普遍发育,一般成组成对出现,它的存在破坏了土体的整体性和连续性,形成的软弱面对黄土洞室和边坡的稳定性造成安全隐患。通过实地调查、数学统计等方法,对研究区节理分布特征和灾害类型进行系统研究,在此基础上将废弃黄土窑洞边坡变形破坏归纳为窑洞冒顶破坏和窑洞崩塌破坏2种模式。通过建立不同成对节理条件下的有限元模型,对废弃黄土窑洞边坡稳定性进行计算分析,结果表明：①成对节理远离拱顶且间距越大时,稳定性越低,同时发育X节理时的稳定性比垂直节理时更低;②成对节理对竖直位移的影响比对水平位移的影响大,而发育的X节理倾角越小时,窑洞更容易发生洞口局部崩塌及窑脸冒顶灾害;③Mises等效应力在窑腿、立壁和拱顶不规则处更为集中,成对节理远离拱顶和间距增大时节理两侧的围岩应力差距越小,且当成对X节理倾角时变小时,最大等效应力值增大,节理附近更容易发生破坏。     

高应力和高渗压下饱和完整砂岩三轴剪切-渗流耦合特性试验研究

为研究高地应力和高水头压力下完整岩石的三轴剪切力学特性和渗透特性,更加真实地揭示三维压剪应力状态下重大岩石边坡在剪切-渗流耦合作用下的损伤破坏机制,采用Rock Top多场耦合试验仪,对饱和完整砂岩进行五组不同法向应力和渗压下的三轴剪切-渗流耦合试验,获得相应的三轴剪应力-应变-表观渗透率曲线和含有原岩屑的剪切单节理裂隙面,并开展单节理裂隙渗透试验。分析不同法向应力和渗压双因素耦合作用下岩石剪切破坏裂隙面的形貌特征,探究饱和砂岩的剪切强度和表观渗透率随法向应力、渗压的演变规律,探讨单裂隙砂岩的表观渗透率在剪应力逐渐减小过程中随渗压的演化特征。研究结果表明：1)剪切-渗流耦合作用下饱和砂岩表观渗透率表现出先减小后增大并逐渐趋于稳定的变化规律;2)剪切-渗流耦合下饱和砂岩剪切峰值强度和残余强度随着法向应力增大而增大,随着渗压的增大呈线性减小,并且在剪切过程中表观渗透率曲线渗流峰值滞后于剪切峰值强度;3)在剪应力缓慢降低过程中,单节理裂隙面的开度先降低后增大,其表观渗透率和渗流量呈现出先减小后增大的变化规律;4)采用Forchheimer方程拟合获得剪应力、渗压和法向应力作用下,贯穿单裂隙面...     

节理巷道变形非均匀性与锚杆支护优化

采用UDEC数值模拟软件,分析了不同节理倾角下巷道围岩的变形破坏特点,并对锚杆均匀支护方案和非均匀支护方案进行了对比分析。模拟结果表明:节理巷道变形及锚杆受力存在严重的不均匀性。随着节理倾角的增大,巷道围岩变形值及破坏范围逐渐增大,最大变形值发生的位置由顶底板中部向左肩和右底角逐渐转移。锚杆支护应根据节理角度不同实行非均匀支护,即锚杆安装角度应大致沿节理法线方向,节理影响严重的部位应加长锚杆。非均匀支护不仅能显著减小围岩变形,也明显改善了锚杆受力状况,使锚杆受力趋于均匀,有利于各锚杆加固作用的充分发挥及围岩自身稳定性的提高。     

裂缝长度对盾构隧道管片结构破坏模式模型试验研究

依托国内某地铁区间盾构隧道工程,采用相似模型试验的方法,通过对盾构隧道管片的声发射数据、管片衬砌位移及破坏过程素描等数据的分析,研究不同裂缝长度条件下管片衬砌在外荷载作用下的力学响应及其承载性能。研究结果表明:裂缝的存在降低了结构整体刚度,裂缝长度对管片衬砌结构的力学特性具有显著影响,1/3幅宽是裂缝长度对管片衬砌结构力学性能影响的分界点;当裂缝长度大于1/3幅宽时,随裂缝长度增加,相同荷载条件下管片椭圆扁平率急剧增大,结构的极限承载力逐渐降低,结构的失稳破坏趋于突发性破坏。     

川东南红层地区平推式滑坡成因机制研究

四川分布有大量的红层地区,在这些地区广泛发育有一种平推式类型的滑坡,这种类型的滑坡具有岩层倾角缓,后缘拉裂缝容易充水形成静水压力,砂泥岩互层的特点。以仪陇县的大山梁滑坡为例,研究该类型滑坡在强降雨条件下的稳定性。运用geostudio软件的seep模块分析其天然状态下与在降雨情况下地下水位线变化,并通过与slope模块进行耦合计算,以此分析降雨情况下地下水位变化以及引起的稳定性变化;并对其成因机制模式进行研究。研究结果表明,强降雨情况下滑坡后缘拉裂缝内会充水形成静水压力作用;并提升滑面处的扬压力,推挤滑体向前移动;并且随着降雨量的加大也影响了滑体内渗流场,导致滑体内孔隙水压力增大,致使后缘岩体在水的作用下软化崩解,进而加大后缘裂缝的深度与宽度。而滑体硬软硬的岩性组合迫使滑体整个的变形不一,使滑带土在雨水及推力作用下逐渐软化变形致使抗剪强度降低,最终使滑体沿砂岩与泥岩的层面交界处滑出。     

非饱和土质边坡降雨入渗分析

降雨入渗对边坡土体的力学行为具有重要的影响。为研究降雨入渗条件下边坡土体的位移应力变化规律,考虑基质吸力的影响,建立了非饱和渗流有限元模型,对降雨过程中边坡土体进行渗流应力耦合分析,得到了降雨过程中边坡的孔隙水压力、位移及应力的变化规律。结果表明降雨会使边坡上部土体有效应力显著降低,同时引起坡面附近土体的水平位移及边坡内部土体的沉降;降雨使坡脚处土体首先发生破坏,随着降雨的持续,土体的塑性应变不断增大。     

深埋隧道穿越富水破碎带围岩突水机理

基于隧道穿越处于复杂应力场与渗流场环境的富水破碎带时存在发生重大突水事故的安全隐患,通过对破碎岩体的渗流特点进行研究,建立孔隙颗粒介质流失的渗流模型;基于连续介质力学和变质量动力学理论,推导饱和破碎岩体变质量渗流-变形耦合理论模型;以福建漳州梁山隧道L7富水破碎带为工程背景,分析围岩的渗流场、应力场与位移场分布特性,并总结隧道断层破碎带的突水塌陷机理。研究结果表明:断层破碎带突水实质上是围岩的力学平衡和地下水的渗流平衡因施工扰动发生急剧变化,引起围岩应力重分布及地下水能量释放;隧道施工揭露断层后,岩体颗粒随孔隙空间的流体发生迁移形成新的渗流通道,导致地下水在水头压力作用下向工程临空面涌出,形成漏斗形的渗水区域;随着渗流作用时间的延长,地下水和岩土体逐渐流失,隧道上方的破碎岩体发生严重的滑移变形,形成椭圆形塌陷区域,与现场实际塌陷破坏规律基本吻合。本文提出的渗流-变形耦合模型对理解破碎岩体渗流力学机制和深埋隧道突水灾害的预防设计具有参考价值。     

雨型对残积土边坡稳定可靠性的影响研究

基于福建省独特的地理气候特点,依据饱和-非饱和土渗流理论和流固耦合理论,采用有限元数值仿真方法研究持续性强降雨和台风降雨条件下残积土层滑坡灾害的形成机理,分析非恒定渗流对边坡力学特性的影响,结合刚体极限平衡理论和可靠度分析理论,采用蒙特卡罗法,选取失效概率作为危险性评价标准,进行边坡稳定性分析。结果表明:降雨总量相同条件下,台风降雨入渗深度浅,饱和程度高,破坏时间早且多为浅层滑坡;持续性强降雨则相反。     

强降雨致洪因素下渗流对高速公路路基稳定性的影响

近年来由于全球变暖的影响,极端降雨事件频发.洪水灾害多由暴雨引起,极端降雨一旦诱发洪水,会增大灾害的破坏力,严重威胁高速公路路基稳定性.采用有限元分析的方法,分析不同降雨强度、强降雨致洪作用下路基模型的渗流场、位移分布规律和安全系数的变化规律,探究降雨入渗、洪水渗流作用对高速公路路基边坡稳定性的影响.得出结论：(1)高速公路路基安全系数随降雨时长和强度的增加而降低,降雨强度越大,延长降雨时间对路基边坡安全系数的影响越大,路基的安全性能折损越严重,失稳风险越大.(2)高速公路路基的安全系数随着强降雨诱发的洪水高度的增加而降低,洪水水位越高,行洪时间的延长对路基边坡安全系数的影响越大,路基的安全系数折损越严重,失稳风险增加.(3)对比洪水对自然状态下的路基进行渗流,强降雨致洪条件下路基更容易失稳.与洪水直接对自然状态下公路路基渗流相比,若洪水作用前路基经历72 h强降雨（20 mm/h）作用,4、6、8 m高洪水分别导致安全系数降低15.368%、21.438%、13.928%.     

基于最小二乘-分步解耦的泄渗漏带与隧道围岩渗流参数方法

鸡冠山隧道施工期渗涌水病害与降雨强度、上覆天坑洼地地貌密切相关,确定隧道围岩渗透参数是估计隧道涌水量与防排水设计的关键.通过电阻率法和地质雷达探测法查明隧道上覆岩溶溶腔分布状态,并结合工程地质条件构建上覆天坑降雨入渗饱和达西渗流地质模型,然后采用基于最小二乘-分步耦合优化方法的岩溶隧道围岩渗流参数反演法,以3个涌水事件的涌水量、涌水速率、涌水与降雨关联时间、天坑积水水头为反演边界条件,关联性解耦下泄渗漏带与隧道围岩渗流规律,最终分步优化确定出下泄渗漏带和隧道围岩的渗流参数.结果 表明:下泄渗漏带和隧道围岩的综合渗透系数分别为2.4×10-3cm/s和3.2×10-4cm/s,该成果可为降雨条件下鸡冠山岩溶天坑段隧道涌水量估计与防排水设计提供重要计算依据.     

降雨入渗对三维刚架桩边坡渗流稳定性的影响

开展降雨入渗对三维刚架桩边坡渗流稳定性影响的数值分析研究,考虑长时小雨及短时强降雨,从土体位移、坡体孔压及边坡稳定性演变角度,重点讨论降雨入渗条件下刚架桩边坡的合理桩间距,以期为雨水充沛的福建山区刚架桩边坡设计提供参考。结果表明：三维刚架桩边坡土体位移受降雨条件影响显著,随着降雨强度和持续时间的增加,土体水平位移和竖向位移依次增加;降雨条件下三维刚架桩边坡坡体内孔隙水压力分布具有明显的时空效应,短时强降雨条件下,坡顶孔压增幅最大,降雨强度的持续增加导致刚架桩边坡安全系数降幅也增大;桩间距对刚架桩边坡的渗流稳定性有显著影响,无降雨时边坡的安全系数随桩间距增大而减小;基于研究区降雨特点及暴雨频次呈现逐年递增现象,应将桩间距设为3倍桩宽,以充分发挥短时大雨情况下刚架桩的抗滑效果。     

软弱围岩下浅埋隧道稳定性的能量分析

基于能量的角度,采用极限分析理论中的上限定理对软弱围岩下浅埋隧道的稳定性进行分析,得到了围岩压力的理论公式。研究表明:埋深、土体容重越大及黏聚力、内摩擦角越小,浅埋隧道的围岩压力越大,破坏范围也越大;当埋深较大、围岩较好时,浅埋隧道由于自稳能力有可能不会发生破坏,而对于比较差的围岩,在施工过程中应采取更为安全可靠的支护措施,以防止发生垮塌破坏。