川藏铁路折多山隧道进口岩崩运动特征及防治措施

川藏铁路折多山隧道进口沟槽两侧岩屑坡大量发育,岩屑坡失稳破坏形成崩塌滚石灾害,严重威胁铁路安全。通过现场调查、理论分析、数值模拟以及力学分析综合评价洞口岩屑坡的形成因素、运动特征及危害,提出了可行的治理方案。为预测和评估折多山隧道进口上部危岩崩塌体的运动过程及影响,基于三维真实地形,考虑不同位置的岩体崩塌运动,建立了危岩体三维离散元模型,得到了洞顶危岩崩塌体的运动特征以及最危险的岩屑坡整体失稳的运动特征。此外,基于数值模拟的结果,通过理论分析,计算了最不利情况下的崩塌落石路径及冲击能量,得到了隧道洞口的危岩体的影响范围。最后,根据隧道洞口危岩及岩屑坡的分布区域及运动特征,提出了"以防为主,防挡结合"的综合治理方案。     

灰岩岸坡危岩体链式演化特征分析——以三峡库区羊叉河岸坡为例

【目的】以三峡库区羊叉河岸坡为例,分析灰岩岸坡危岩体链式演化特征。【方法】利用FLAC3D数值软件构建该处危岩体模型,对它的应力场进行分析。【结果】从危岩体岩腔的形成到最终形成临界岩腔的过程中,岩腔临空面的大主应力呈现拉应力状态,小主应力则处在压、拉应力转换的临界状态;危岩体的宏观链具有嵌套发育特征,始终表现为拉裂或者拉剪受力状态,并通过微观链的扩展,发育,贯通,最终出现失稳断裂。【结论】通过对危岩体受力过程进行数值模拟可知模拟结果与实际的链式发育情况相吻合,研究成果从危岩体发育角度探索岸坡地貌演化过程,对岸坡危岩体防治有积极指导意义。     

爆炸荷载作用下岩体振动特性的 DE-FLAC3D数值模拟方法

针对岩体爆炸数值模拟中爆炸荷载参数与岩体振动阻尼参数等计算参数难以确定的问题,将具有收敛速度快、易于实现和全局寻优能力强等优点的差分进化算法(differential evolution, DE)算法融入三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D)岩土工程数值计算程序,提出了爆炸荷载作用下岩体振动特性的 DE-FLAC3D数值模拟方法. 该方法从爆炸荷载参数和岩体振动阻尼参数的随机值出发,以岩体质点振动速度随时间变化过程的数值计算值与现场实测值的误差作为适应度,利用DE算法规则实现爆炸荷载参数和岩体振动阻尼参数耦合模式的合理进化,进而实现计算参数的快速自适应辨识. 龙滩水电站地下厂房爆炸开挖振动试验数值模拟研究结果表明,该方法是可行的,显著提高了岩体爆炸效应数值模拟结果的精度.     

贵州软硬互层地质条件下典型崩塌稳定性分析

以贵州省赤水市立树天崩塌为例,基于野外地质灾害详细调查,总结崩塌的形成因素及失稳模式,通过FLAC3D软件建立软硬岩互层条件下的三维地质数值模型,以此分析崩塌的稳定性,结果表明:立树天崩塌的形成与斜坡岩性组合、危岩体结构面及气象条件有关,其失稳模式包括差异风化阶段、岩体破坏阶段与岩体失稳崩落阶段;泥岩空腔附近出现拉应力...     

降雨作用下的土质边坡变形破坏颗粒流仿真模拟

为研究持续降雨作用下土质边坡的变形破坏模式及机理,以四川省古蔺县竹林沟滑坡为例,结合离散元PFC~(2D)虚拟双轴压缩试验对坡体微观力学参数进行标定,随后建立1∶1数值计算模型进行稳定性计算,并记录坡体运动过程中应力及位移变化的情况。研究结果表明:该滑坡在持续降雨作用下至坡内土体饱和的过程中,坡脚应力不断积累,导致坡脚发生破坏,之后向上逐级牵引,致使坡前基岩较陡区域土体优先发生滑动。中-后缘土体因前部失稳产生临空条件,随即出现二级滑动,整体表现为典型的蠕滑-拉裂破坏模式。坡体前缘破坏后应力得到部分释放,但位移不断增长;坡内应力和位移整体上从前缘到后缘均呈递减趋势。应用颗粒流PFC~(2D)以竹林沟滑坡为例对土质滑坡在持续降雨作用下的变形发展过程进行模拟研究,揭示了滑坡的发展及破坏模式,为该类滑坡的防治提供参考。     

大渡河丹巴水电站坝址左岸危岩体发育规律与防治措施

危岩体的失稳不仅会给水电施工安全带来严重威胁,还可能造成枢纽区水工建(构)筑物的严重破坏,影响水电站正常运营。借助三维激光扫描技术,并通过精细的野外调查,查明大渡河上游丹巴水电站坝址区左岸危岩发育分布特征,通过与工程地质条件相关性分析,总结出危岩体的发育分布主要受地形地貌、岩体结构以及地层岩性的影响,并得出了危岩体发育的一般规律,最后结合危岩体稳定性及其威胁对象,同时考虑危岩体处治效果和施工的方便,以危岩片区为单元提出了相应的防治措施。     

金属三维塑性成形过程无网格伽辽金法数值模拟技术

将无网格伽辽金法(EFGM)与三维刚(粘)塑性流动理论相结合,对EFGM在金属三维塑性成形过程数值模拟中的应用技术进行了研究.分别采用边界奇异权法和修正的罚函数法处理速度边界条件和体积不可压缩条件,采用反正切摩擦模型处理摩擦边界条件,推导了金属三维塑性成形过程EFGM法数值模拟的刚度方程,给出了关键算法.对长方体金属镦粗过程进行了数值模拟,并将数值结果与三维刚塑性有限元体积成形商品软件Deform3D计算结果作了比较.发现两者吻合良好,表明了本文方法的正确性和有效性.     

复杂岩体边坡关键块体搜索及开挖支护

采用非接触摄影测量技术采集某高速公路工程边坡岩体的结构面信息,导入自行开发的GeoSMA-3D系统,建立该边坡三维数值模型,从几何学角度搜索出其关键块体.用三维离散元数值计算软件3DEC模拟该边坡工程的开挖过程以及锚索支护后的开挖过程.结果表明,本岩质边坡工程开挖后,引起岩体内部应力重分布,坡体有大范围的剪切塑性区,位移矢量、速度矢量大量集中在开挖面附近的节理上,矢量的方向偏向于临空面,并呈现逐渐增加趋势,整体稳定性较差,若不对边坡采取适当支护措施,必将发生边坡整体失稳破坏;在锚索支护后,边坡的潜在滑移面被控制,边坡整体处于稳定状态.     

云南勐兴铅锌矿巷道围岩稳定性研究

云南勐兴铅锌矿是滇西南规模较大的多金属硫化物矿床,随着开采深度的不断增大,围岩稳定情况越来越复杂,巷道稳定性问题已经成为制约矿山安全生产的主要问题之一.在对矿区地质条件研究,底板含水层构造裂隙对巷道围岩影响的分析,围岩变形特征及室内力实验的基础上,采用工程岩体分级标准、水利水电围岩工程地质分类和岩体RMR分类方法对680采矿巷道中段围岩进行分类研究,并对各个分类结果进行了一致性、相关性和适用性分析,得出围岩质量分级.运用FLAC3D软件对巷道围岩进行三维数值模拟,对围岩分类和数值模拟的结果进行对比,得出定性分析与定量计算的结果基本一致.     

无缝钢管局部径向模具塑性成形数值模拟研究

采用大变形弹塑性有限元理论，用DYNA3D(研究版)有限元软件对无缝钢管局部径向模具塑性成形过程进行了数值模拟研究，得出了钢管成形时内部应力应变的变化规律，并与物理模拟结果进行了比较，有限元法的计算结果和物理模拟结果吻合很好，说明采用大变形弹塑性有限元理论的计算方法是正确的。     

基于PFC离散元的多层岩质陡坡危岩崩落序列研究

以三峡库区重庆万州青草背后山多层危岩边坡为研究对象,结合离散元仿真技术建立PFC3D颗粒流多层岩质陡坡危岩崩落的过程,并根据区域颗粒岩块位移、速度、荷载指标进行对比分析,分析了多层岩质陡坡危岩崩落序列规律及层间荷载变化规律。结果表明：该方法能合理呈现危岩陡坡的崩落规律,从曲线可以得到岩体峰值运动速度会随崩落时间逐渐衰减,崩落速度受力链断裂的影响较大,第1层力链影响速度峰值最大可达2.5m/s,下部危岩体对上部的回弹作用导致力链断裂速度由500st/p加快至167st/p。力链在每个崩落的峰值强度时刻都有明显的衰减,且随崩落时间推移衰减逐渐增大。该方法模拟的危岩崩落过程更加简便直观,为以后研究岩质陡坡危岩的破坏预测提供了重要手段。     

基于小型无人机的高位危岩快速调查与稳定性评价

危岩体多孕育于高陡岩质斜坡之上,具有明显的隐蔽性和突发性,其早期的快速识别与稳定性评价一直是地质灾害防治工作中重要的技术难题之一.以重庆万州狮子头为例,利用小型无人机合理规划航线获取高清影像,生成二三维模型.通过遥感信息提取技术与地质灾害分析相结合,为危岩体稳定性研究提供基础数据.运用图像识别技术识别危岩体结构面,并利用前期提取的坐标等基础数据计算出其产状.最后采用赤平投影的方法分析了典型危岩单体的稳定性.研究成果为高位危岩体的非接触式测量、精细地质信息获取及稳定性快速评价提供一种新的思路.     

基于3DEC的楔形体滑移过程分析 ——以兰成渝管线伴行边坡 K0526+300边坡为例

岩质斜坡楔形体滑移速度变化与路径曲线,对防治工程的布置有重要意义。为了研究岩质斜坡楔形体失稳滑移的速度变化及路径曲线,分析滑移运动过程与防护工程布置的关系,以兰成渝管线伴行道路岩质边坡——上缓下陡反倾边坡的楔形体为研究对象,定性分析楔形体的稳定性及滑移过程,使用3DEC模拟滑移过程并监测该过程速度位移变化。得到楔形体滑移运动分为匀加速直线、转动滑移变速和匀加速直线3个阶段,楔形体绝对速度的3个极小值存在于转动滑移阶段。针对以上楔形体滑移运动特征,提出在转动滑移变速阶段进行楔形体滑移灾害防治的建议,为防治工程的布置提供了依据。     

基于重度增加法的岩坡破坏过程流形元分析

考虑岩体边坡滑动大变形破坏特性和现有研究分析手段,提出利用第一作者团队开发研制的Geo SM A-3D,在现场岩体结构信息采集的基础上,建立岩体边坡空间数值模型,实体表征岩体三维模型;利用现代数值流形法(NMM)模拟岩体大变形破坏分析手段,在块体理论的基础上,运用有限元分析中经常用到的重度增加法,不断增加岩体的重度,直到岩体边坡中的"关键块体"产生滑动,使边坡发生大变形破坏;同时以最危险"关键块体"水平位移随重度增加发生突变为破坏依据,对边坡的安全系数进行评定.实例分析某边坡工程的破坏过程,实现了岩体边坡大变形数字表征,为边坡支护提出解决方案,为工程施工和边坡灾害的处置提供参考和借鉴.     

强震抛射型崩塌滚石运动特征研究

宝兴县潘族组崩塌位于＂5.12＂汶川地震重灾区四川省宝兴县,地震诱发多处危岩体崩塌失稳,造成崩塌滚石地质灾害。受地震效应作用,危岩体后缘拉裂隙逐渐被贯通,形成抛射型崩塌模式。滚石运动路径主要受滚石形状、起始运动方式、坡面特征和坡体形态等因素的影响。通过调查滚石与坡面碰撞留下的地质痕迹,真实复原了滚石运动路径。依据坡度、...     

构造应力对煤层顶板稳定性影响的数值分析

煤层顶板垮落是煤矿生产常见的灾害,煤层顶板稳定性预测是防治顶板事故的关键技术措施。构造应力是影响煤层顶板稳定性的重要因素之一。利用FLAC3D软件,分析在构造应力的影响下煤层顶板在采动过程中的变形破坏特征,以及不同侧压条件下煤层顶板的移动规律。结果表明,顶板破坏在岩梁中部是由下向上发展的,在一定的条件下,随着水平构造应力的增大,顶板破坏范围逐步减小,顶板岩层的位移逐步减小。     

地应力对岩体爆破特征影响规律分析

为研究地应力对岩体爆破的影响,本文通过颗粒流软件（PFC2D）建立计算模型,进行数值模拟,从模型内部应力变化、裂纹分布、裂纹数量和能量场多个角度来分析爆破效果。结果表明：地应力严重影响岩体的爆破效果,尤其是压碎区,地应力每增长1 MPa,峰值应力就会大约增长26 MPa;地应力会抑制裂纹发育,对岩体裂纹分布状态和裂纹数量的抑制效果在3~6 MPa时最明显;地应力每增长1 MPa,岩体内部应变能会大约增长250 kJ;摩擦能和动能的能量变化峰值会随地应力的增加而稍微增加。     

基于降维理念与无量纲解法的落石冲击力推导

落石灾害是我国三大地质灾害之一，防护结构合理设计的前提即是准确解析落石最大冲击力。为探索更为有效的冲击力算法，本研究根据降维理念，结合落石冲击垫层力学特性、几何关系及能量守恒原理，提出了一种落石冲击力的MDR算法。基于室内模型试验及无量纲理念提出了一种无量纲算法。通过杨其新试验算法与扩大系数理念，分别提出了落石冲击力的三角形修正算法、正弦修正算法、数值模拟修正算法。经研究表明：针对某在建特长铁路隧道洞口危岩落石情况，本文5种算法结果整体具备一定吻合度与可靠性。相较而言，日本、瑞士算法结果或适度偏高，这可能由于二者均未考虑垫层参数影响所致。杨其新算法结果整体相对偏低。通过Pichler野外落石冲击试验及彻底关大桥冲击灾害实例，再次验证了本研究算法可靠性，研究成果可为落石防护工程设计提供借鉴参考。     

基于离散元方法斜碰落石冲击力的研究

落石灾害往往给交通基础设施、过往车辆、行人等造成极大地威胁。落石冲击力是落石灾害防护结构设计的主要荷载,因此,对落石冲击力进行深入研究能为防护结构的设计提供理论参考。本文对比分析了PFC3D模型与现有落石冲击力公式计算结果差异,并采用离散元程序,对落石不同半径、不同角度地冲击作用进行了数值模拟。结果表明：PFC3D离散元程序能够用于落石冲击力的计算;在冲击能量相同的情况下,落石斜碰作用冲击力不及正碰作用,当冲击角度α>50°时,斜碰作用冲击力与正碰作用冲击力相差变小;并且落石冲击力切向分量随着角度先增加后减小,角度越缓,落石冲击力主要由切向力控制。当斜碰垂直分速度与正碰速度相同的情况下,斜碰冲击角度越缓,落石冲击力反而越大,切向力占比越大。本文的研究结果可为落石斜碰作用下防护结构的设计提供参考。