植被护坡的根和土力学作用

植被护坡最基本的功能是植物根系对岩土体的加固能力,借助植物根系的作用可以明显提高边坡土体的抗剪强度,从而增大边坡的稳定性.但由于植物根系在岩土介质中受力的复杂性和多变性,使得其加固能力的计算十分困难,在工程问题中,植被护坡的设计计算仍停留在经验阶段.虽已有人开始分析植物根系与土体间相互作用,但均未就植物根系对边坡表层岩土体的力学加固机制和加固效果进行系统分析.本文着重从植被护坡作用机制和对岩土体的加固效果分析入手,探讨了植被护坡对边坡土体抗剪强度的影响,从而为植物防护设计提供了理论依据.     

降雨入渗过程中土质边坡的固-液-气三相耦合分析

边坡降雨入渗过程伴随着地下水湿润锋面的推进、孔隙气体的迁移和土体的变形,涉及土体固-液-气三相耦合作用.以往对边坡在降雨入渗条件下的非饱和渗流过程及其对边坡稳定性的影响研究大多基于单相流（Richard方程）模型或水-气两相流模型,而较少从固-液-气三相耦合角度分析孔隙气体迁移和土体变形对降雨入渗过程和稳定性变化过程的影响.本文基于连续介质力学原理和混合体理论,建立了边坡土体固-液-气三相耦合数学模型和有限元数值模拟方法.采用Liakopoulos砂柱排水实验成果验证了耦合模型和计算程序的正确性,深入分析了气体边界条件对排水过程的显著影响.在此基础上,采用固-液-气三相耦合模型,研究了土质边坡在降雨入渗过程中的地下水渗流、气体迁移以及变形和稳定性演化过程,揭示了孔隙气体迁移过程和土体变形过程对边坡湿润锋面的推进以及稳定性变化的阻滞和延缓作用.研究成果对于暴雨诱发滑坡机理与防治研究具有一定参考价值.     

指数平滑模型参数反分析及应用

边坡预测是基于现有的各种监测资料分析和预测未来边坡位移或应力发展趋势,从而分析判断边坡在未来某一时期内是否稳定,或者预测滑坡发生时间的过程.反分析方法已经成为目前解决复杂岩土工程的主要方法之一,在岩土工程中得到越来越多的应用.基于现场的监测时间序列,应用岩土工程反分析方法反演指数平滑预测模型的参数,建立其预测模型,并应用于高边坡的变形预测中.通过应用,论证了参数反演后的指数平滑预测模型的有效性和普适性,并发现该预测模型适合于中短期预测,建议应用该模型进行高边坡变形的短中期预测.     

复工高速公路路堑边坡防护稳定性研究

为复工研究路堑边坡防护的稳定性,以萍洪高速公路挖方段K12+565为研究对象,采用FLAC 3D软件对土袋凹陷、护面墙裂纹现象以及边坡岩土体进行研究,分析其位移大小和应力集中情况。结果表明,土袋回填支护发生的凹陷位移较大,护面墙内部出现了较强的应力集中;由于岩土体也出现了较强的剪应力集中,将护坡体拆除后,容易出现边坡破坏现象,需增加锚杆支护。以4 m、6 m、8 m、10 m长度的锚杆作为研究对象,对增加锚杆支护后的边坡塑性区进行计算分析,发现采用10 m长度锚杆进行支护可有效减少边坡的塑性破坏,有利于边坡的稳定。     

光滑粒子流体动力学（SPH）中摩擦接触的模拟

光滑粒子流体动力学（SPH）无网格法是岩土体崩塌与流动大变形计算的有力工具,但是,如何在SPH框架内模拟摩擦接触现象尚无系统方法,迫切需要开展研究．提出一种在SPH框架内模拟土与刚性或柔性结构摩擦接触的算法,该算法根据所存在的接触边界,将计算域分解为若干个子域,以接触力为桥梁在各子域间建立联系,最终实现接触问题的整体求解．在各子域内对土体的运动控制方程进行SPH离散时,修正了SPH固有的边界缺陷,使得位于接触边界附近的SPH粒子具有准确的加速度,保证了接触探测的精度．然后,假设允许土体SPH粒子局部侵入结构体,根据允许的残余侵入量,运用动量原理,计算沿接触面法向和切向的接触力,并应用滑移条件对切向力进行修正使其不超过极限摩擦力．与现有的在SPH中处理接触通常采用“粒子．粒子”接触或忽略摩擦滑移的方法相比,方法具有更高的计算效率和精度,适用于岩土材料与刚性或可变形结构之间相互作用的模拟．通过多个算例对此方法的精度和稳定性进行了验证,计算表明,基于接触算法的SPH计算成果与理论解或有限元解吻合很好,算法是有效的,可用于拓展SPH的计算能力与应用范围．     

地震作用下岩体边坡锚固界面剪切作用数值模拟分析

为研究地震作用下锚固岩体边坡中锚杆-砂浆界面和砂浆-岩体界面的剪切相互作用,揭示锚固界面上相互作用机理,同时获得地震作用下锚固岩体边坡两锚固界面的剪应力分布规律,采用有限差分软件FLAC3D建立锚固岩体边坡数值分析模型,并用interface接触面单元模拟锚杆-砂浆界面和砂浆-岩体界面的剪切相互作用,对简谐地震波作用下锚固边坡中全长黏结锚杆锚固界面剪应力的分布规律进行了研究,研究发现:在地震作用下,砂浆-岩体界面剪应力首先达到其极限黏结强度并出现脱黏现象,剪应力峰值从破坏面向锚杆两端发展;与此同时,锚杆-砂浆界面上的剪应力没有达到其极限黏结强度,但是该界面剪应力峰值会随着砂浆-岩体界面的脱黏而进行相应的调整;砂浆-岩体界面脱黏后,锚杆轴力呈两翼外凸的人字形曲线分布,轴力曲线拐点与界面剪应力曲线峰值点相对应,脱黏区域锚固体均匀拉伸,轴力分布均匀.该研究可为相关模型试验、现场监测、设计施工研究提供参考.     

顺兴露天矿顺倾软弱基底内排土场稳定性研究

以顺兴露天矿内排土场边坡为研究对象,以Mohr-Coulomb准则作为边坡失稳判据,基于强度折减理论,应用有限差分软件FLAC3D对顺倾软弱基底内排土场稳定性进行了数值模拟研究,通过分析边坡的应力分布特征、位移分布特征,确定了边坡的破坏模式,揭示了滑坡机理。研究结果表明,顺兴露天煤矿内排土场边坡处于稳定状态;滑坡是在拉-剪复合作用下形成的,潜在滑坡模式为以基底弱层为底界面的切层-顺层滑动;该弱层附近产生的应力集中是边坡发生剪切破坏的外在因素,基底岩土体在载荷作用下发生破坏是边坡整体失稳的直接原因。     

干热河谷不同岩土组成坡地的降水入渗与林木生长

坡地对降水的入渗能力是决定干热河谷坡地土壤水分条件和林木生长的重要因素, 坡地入渗能力低是造成干热河谷土壤干旱的主要原因之一. 由于岩土孔隙状况的差异, 不同岩土组成坡地的入渗能力差异较大. 片岩坡地入渗速率为1.40～8.67 mm/min, 砂砾层坡地为6.33 mm/min, 砾石层坡地为0.69～2.20 mm/min, 轻度侵蚀泥岩坡地为0.6～1.3 mm/min, 强度侵蚀泥岩坡地为0.03～0.63 mm/min. 泥岩坡地土体黏重板结, 入渗能力弱, 天然降水入渗少, 对土壤水分的有效补充较少. 在干旱季节土体极其干旱, 林木生长停止, 甚至受到干旱的生理伤害枯死, 林分生产力低, 极难恢复森林植被. 片岩坡地、砾石层坡地、砂砾层坡地等石质山地土体裂隙发育, 入渗能力强, 天然降水入渗多, 对土体水分的有效补充较多, 在干旱季节岩土深层有少量有效储水供林木吸收利用, 维持其正常生理活动的水分需要, 林木生长较泥岩坡地上的林木生长快, 林分生产力高. 干热河谷的植被恢复应针对不同坡地类型生境的土壤水分条件, 主要依靠优势生活型植物种类, 进行乔-灌-草不同生活型植物类型的合理配置, 建立起植被与生境土壤水分条件的群落生态关系, 方能达到成功的目的. 另一方面, 增加降水入渗的造林整地措施和集流入渗的工程措施是干热河谷植被恢复的主要技术关键之一.     

边坡失稳时间预报的协同-分岔模型及其应用

基于单状态变量摩擦定律, 把协同学和分岔理论联系起来, 建立了边坡失稳时间预报的协同-分岔非线性理论模型. 该模型体现了边坡在演化过程中各个因素之间的协同作用及分岔现象, 并可对滑坡的发生时间进行预报. 通过对新滩滑坡的预报, 证明该方法精度较高.     

熵权优化的未确知测度停工复建高速公路路基边坡稳定性研究

针对复建高速公路路基边坡稳定性评价分级中诸多不确定性和隐蔽性问题,通过建立未确知测度评判模型,结合复建高速公路路基边坡评价标准与工程实践,分析判定机理,并进行分级评价。以某复建高速公路路基边坡的病害特征及成因机理为例,选取岩石质量等11项未确知测度评价指标,建立各评价因子的未确知测度函数,分别对其进行量化数理分析,并利用信息熵计算指标权重,依照"置信度识别准则"对该复建高速公路路基边坡稳定性进行等级判定。研究结果表明:基于熵法的未确知测度理论评价模型避免了传统指标权重赋值的主观随意性,使评价结果更加科学准确,而且能够更客观地反映复建高速公路路基边坡等特殊工程危险源的类别,为复建高速公路路基边坡稳定防治研究提供了一种新思路。     

瞬时孔隙水压力作用下的降雨滑坡稳定性响应分析: 以香港天然降雨滑坡为例

短期集中降雨过程造成的瞬时孔隙水压力的变化是诱发大多数浅层滑坡的主要因素. 在GIS的支持下, 以香港浅层降雨滑坡为例, 采用基于非饱和渗流理论的瞬时降雨响应模型对滑坡稳定性的瞬时孔隙水压力的响应行为特征进行了深入探讨. 对典型降雨过程中的孔隙水压力和滑坡稳定性在时间(降雨过程)和空间(不同深度和平面位置)上的响应行为和分布规律进行了详细分析和讨论, 并与孔隙水压力的实测结果进行了对比. 重点对不同岩土类型和不同渗透性质的斜坡的稳定性在降雨过程中的响应规律和特征进行了对比分析. 同时讨论了前期降雨和不透水下垫面等因素对斜坡稳定性的影响, 以及孔隙水压力的降雨响应时间等特征. 通过研究, 可以更好地理解降雨对滑坡作用的水文过程和诱发机制, 为进行有效的滑坡风险性分析和预测预报提供科学依据.     

路堑边坡开挖对邻近既有铁路隧道影响分析

结合工程实际,运用ANSYS有限元数值模拟方法,建立了路堑边坡施工中岩土体开挖和爆破振动对邻近既有铁路隧道结构影响的三维模型,分析并得出了路堑边坡开挖对既有隧道结构应力应变和爆破振动的影响规律。模拟分析表明:1)路堑边坡开挖产生的剪应力是对既有隧道结构影响的最不利因素,既有隧道衬砌结构受到剪应力破坏区域影响时,路堑边坡开挖对既有隧道衬砌产生的应力应变数值影响存在较为明显的突变;2)模型模拟最大段装药量耦合装药结构爆破产生的质点振动数值相对实测数值偏大;3)邻近既有铁路隧道不同间距下最大段药量值可由萨道夫斯基公式和LS-DYNA软件模拟预测数值的平均值确定。     

基于显-隐式格式的三维时域土-结相互作用分析的异步并行算法

提出了一种分析三维时域土-结构动力相互作用的并行计算方法.该方法利用显式和隐式积分格式各自的优点,采用集中质量显式有限元和黏弹性人工边界模拟无限域地基,采用隐式积分格式有限元法计算上部结构的响应,两者可采用不同的时间步距.在此基础上,采用MPI通信协议,提出了土-结构系统中土体区域的并行计算方法,以及土体区域与结构间的异步并行计算方法,并通过自编的Fortran源程序实现了地震作用下土-结相互作用分析的并行计算.以某一核电结构模型为例,分别采用串行算法和并行算法分析了土-核电结构体系在SV波输入下的反应,验证了本文并行算法的可行性和高效性.     

地震荷载下露天矿边坡动力稳定性模拟分析

以某风积土边坡为研究对象,通过对模型进行简化,研究了静荷载和动荷载荷载作用引起风积土的边坡静力安全系数、边坡动力安全系数、屈服地震系数以及破坏类型和动力稳定性判别,探讨了该边坡在地震荷载作用下产生的动力稳定性问题.研究结果表明,地震荷载作用下此类边坡会因风积土液化而产生流滑破坏.应用 ADINA软件对此边坡在地震荷载作用情况下进行了模拟,获得了动荷载作用前后的位移与应力变化关系和此边坡的动力动力安全系数.据此判别出该边坡在 EICentro波动荷载作用下会因风积土液化而产生流滑破坏.该研究结果对风积土边坡的动力稳定研究具有重要的参考价值     

基于微观分析的质量侵蚀模型研究

采用微观分析实验研究侵彻实验后剩余弹体表面的质量侵蚀痕迹,确定和总结弹体质量侵蚀的物理机制.基于微观分析实验结果,改进Archard模型的形式,获得表征切削弹体头部材料的切削速度,考虑侵彻过程中弹靶间的摩擦生热对切削因子的影响,采用温度项连接摩擦与切削两种机制,采用节点回退法表征弹体头部形状的变化,建立融合摩擦与切削两种机制的质量侵蚀模型,对比数值计算结果与国内外典型的实验数据,证实该弹体质量侵蚀模型有效.     

顺层岩质边坡加陡开采的稳定性研究

为了研究确定顺层边坡陡帮开采的稳定性,以元宝山露天矿南帮边坡为研究对象,基于刚体极限平衡理论,采用RFPA中的细观本构模型,研究分析南帮边坡受采动影响应力和位移随时间的变化规律,分析滑坡机理、滑坡模式,并确定最终境界的合理边坡角。结果表明：采用细观模型得到的岩体变形随时间的变化规律与现场观测基本吻合,上部岩体沿圆弧滑面拉裂滑移,下部沿弱层组合滑面剪切滑移,且滑体上部均以下沉为主,向采空区发生水平位移,下部以水平位移为主。计算剖面边坡的稳定系数Fs〈1．2,应放缓边坡角使φ=18°以保证边坡稳定使露天矿安全生产并获得最大效益。     

基于特殊个体的网络进化博弈群智合作激发调控

引导群体中智能行为的产生与传播是群体智能领域的重要研究方向.相互合作是自然界中常见的群体智能行为.本文建立了一种基于特殊个体的网络进化博弈模型,分析了群体激发合作水平的进化特性以及调控手段.首先通过在规则网络进化博弈模型中建立有效的干预控制体系结构,实现对群集系统的调控作用;然后通过设计基于群体智能的特殊个体控制规则,特殊个体能起到促进合作行为涌现的群智激发作用;最后利用蒙特卡罗仿真方法分析了特殊个体对群体进化特性的影响,并讨论了不同参数条件对合作水平的影响.     

边坡动力响应规律研究

通过大量动力数值分析对边坡动力响应规律进行研究, 发现了边坡动力响应的位移、速度、加速度三量放大系数等值线在边坡剖面上分布的节律性特点. 对于一定的岩土体材料, 当边坡高度在一定范围内时, 边坡动力响应的位移、速度、加速度三量在鉛直方向会出现放大作用, 而当边坡高度超过这个范围时, 边坡动力响应的三量分布会出现鉛直方向的节律性特点. 边坡边缘部位对振动的反应幅值较之内部存在放大现象, 随着水平深度的进一步增加, 位移、速度、加速度三量在水平方向也出现节律性的变化. 边坡坡度的变化对位移、速度、加速度放大系数等值线图的分布形式有明显影响, 坡度决定了三量分布的等值线方向和极值区的走向. 边坡的动力响应图像可以用两个指标刻画, 一个是等值线的走向, 一个是平行坡面方向的极值个数.     

三维边坡稳定性的整体分析法及其工程应用

在水利水电工程中,有时需要考虑带有平行于滑动方向的侧向摩擦边界的滑动体的整体稳定性问题,现有的三维极限平衡法及其商用软件都没有考虑这种情况．因此其三维安全系数会被低估,而基于三维反演的滑面抗剪强度会被高估．本文将滑动体的侧向摩擦边界视为滑面的一部分,基于滑面法向应力表达式和分片插值技术,实现了能够考虑带有侧向摩擦边界的滑动体的三维严格极限平衡法．最后将所建议的方法用于正在建设中的大岗山水电站右岸坝顶高程以上边坡稳定性分析．     

考虑偏平面屈服特性的三维耗散应力空间

天然沉积土大多处于复杂三维应力状态．建立岩土材料三维本构模型的方法（三维化方法）应满足热力学定律这一基本物理规律．本文通过引入与塑性剪应变相应的迁移应力,使基于耗散能增量函数建立的岩土材料本构模型能合理地描述偏平面的三维屈服特性．同时,给出了耗散应力空间应力张量与真实应力张量之间的关系表达式,使本构模型能在三维耗散应力空间中采用相关联的流动法则计算不同应力方向的塑性应变．其次,在热力学框架下对比分析了常见三维化方法的热力学本质,如直接引入强度准则的方法、g（θ）方法和变换应力方法等．说明了三维耗散应力空间与变换应力空间的等价性,验证了变换应力方法在热力学框架下的合理性,同时指出直接引入强度准则的方法和g（θ）方法的不合理之处．最后,通过模型预测值与试验值的比较,验证了建立的三维耗散应力空间及其等价的变换应力空间的适用性．