基于HHT的地震作用下基覆型边坡坍塌特性研究

以川藏铁路沿线位于理塘-德巫断裂带附近的典型基覆型边坡为原型,基于相似准则,按与原型相似比1∶10设计模型,进行汶川卧龙地震波、Kobe地震波、El Centro地震波作用下边坡地震坍塌试验,利用位移响应及加速度的HHT (Hilbert-Huang Transform)谱进行边坡在地震作用下的变形和破坏特征研究。结果表明:边坡坍塌过程可分为稳定振动、裂缝扩张和坍塌破坏3个阶段;稳定振动阶段边坡内力可抵消大部分地震动能量,土体内部出现少量弹性位移,不同地震波类型造成的边坡HHT谱幅值有明显差异,且主要为低频振动;裂缝扩张阶段边坡坡面出现碎屑流,土体产生明显塑性变形;坍塌破坏阶段边坡坍塌为局部效应,坍塌相邻区域的HHT谱幅值在时域上分布较大,坍塌时伴随出现软弱夹层面的滑坡,坡面位移大小与不同地震波作用下的HHT谱幅值大小保持对应。     

黄土高边坡开挖过程的变形监测分析

以隧道出口路堑黄土边坡为例,分析黄土路堑开挖过程中边坡变形和边坡土钉应力随空间和时间的变化规律。测斜仪监测结果表明:边坡的水平位移随开挖深度的增加逐步增大,并在开挖后一段时间内出现最大值,呈时间滞后效应。在不同的开挖阶段,坡体不同部位开挖后的水平位移变化幅度不同:坡顶变形幅度最大,坡底居中,坡体中部最小;坡体开挖完成后,坡顶绝对水平位移量最大,坡脚最小,坡体中部居中。随开挖深度的增加,坡体不同部位测试土钉各测点应力明显增大;土钉最大应力出现位置由坡面逐渐迁移到坡内。说明坡体的变形范围随开挖深度的增加而扩大;且由土钉最大应力出现的位置可判定边坡潜在滑动面位置。     

高烈度区高地应力软岩隧道抗震措施研究

高烈度区隧道不仅面临强地震作用，而且往往面临高构造应力及软弱岩体等复杂地质条件。本文依托丽香铁路隧道，基于高地应力软岩地质条件，采用数值模拟方法，以变形缝间距及加固范围为研究对象，分析不同措施下隧道变形、地震响应特征，并对高地应力软岩条件下隧道减震措施进行研究。结果表明：随变形缝间距增大，衬砌位移逐渐减小、加速度峰值增大，由于变形缝数量上的减少导致结构吸收地震能量能力减弱，变形缝间距为12 m时达到最佳抗震效果；注浆加固条件下，衬砌位移随加固圈范围增大逐渐减小，而加速度峰值呈现先减小后增大趋势，加固圈范围为3 m时抗震效果最佳。     

不同倾角结构面组合下巷道围岩稳定性数值分析

不同产状的结构面相互交叉把岩体切割成楔形体,对巷道围岩的稳定性产生影响。利用大型通用有限元软件ABAQUS,对5种不同倾角结构面组合下楔形体的巷道围岩变形破坏特征、巷道周边特征点的应力及位移进行模拟分析。研究结果表明:巷道左右两边的应力和位移呈对称分布;随着组合结构面倾角的增大,巷道底板应力逐渐增大而底板却相反,两帮应力变化没有明显规律;各关键部位的位移变化量都随着组合结构面倾角的增大而增加,其中顶板沉降最为明显;在巷道变形破坏中,两帮与底板的交叉处最先出现塑性,然后向两帮和底板扩展,直至整个巷道变形破坏。模拟结果对有软弱结构面巷道的开挖并采取有效支护措施等提供一定的理论研究和实践参考意义。     

强降雨入渗作用下土质边坡失稳灾变研究

公路边坡浅层垮塌是雨季最为常见的灾害现象,为了研究强降雨入渗作用下土质路堑边坡可能发生突发性失稳滑坡的机理,从实际工程出发以典型双层边坡为例,利用有限元程序ABAQUS对双层土质高边坡降雨入渗全过程中的孔压、应力、位移、塑性应变的变化进行了研究。结果表明:在强降雨条件下,地表水入渗将导致土体浅层的基质吸力减小或消失,土体表层竖向有效应力减小,表层土塑性应变峰值在降雨达到最大时出现;在降雨入渗的作用下,表层土的平均应力呈减小趋势,内部深层土平均应力与等效应力呈增大趋势,可能导致边坡浅层发生失稳,但随着后期降雨强度的减少,其最小应力会逐渐偏移屈服面;不同雨型作用下,边坡不同部位的位移响应差别较大;边坡失稳过程的塑性区呈两个方向向上延伸,一是沿着两层土的过渡区,一是沿着整个边坡滑动弧线,以过渡区为主。     

软弱夹层岩质桥台边坡变形稳定性分析

分析工程地质条件、坡体结构特征、变形破坏模式,建立桥台边坡地质概化模型。计算采用莫尔—库仑屈服条件的弹塑性模型,分析边坡的变形模式及范围,进行稳定性评价。阐述变形稳定性的位移场特征和剪应变增量特征,提出应用数值模拟技术研究边坡的变形和破坏特征,直观反映边坡变形及应力变化全过程等结论。建议桥基开挖至设计标高后及时封底,防止泥岩风化或浸水软化而降低力学强度。     

高速铁路土工格栅加筋膨胀土边坡作用机制

土工格栅加筋处治是解决膨胀土边坡问题的关键技术。为深入研究格栅与膨胀土相互作用机制,依托南宁铁路改柳南线工程,开展加筋设计及格栅抗拔稳定性计算。将考虑膨胀土侧向膨胀影响及格栅反包约束作用的设计方案应用于实际工程中,并通过预埋设的监测元件,对自然降雨-蒸发气候下加筋边坡的含水率、应力、位移及格栅应变的变化特征进行长期监测。研究结果表明：在考虑侧向膨胀及格栅约束的影响下,土工格栅的抗拔稳定安全系数仍满足规范要求。基于监测数据发现,受大气环境影响,体积含水率的波动幅度由浅至深逐渐减弱;格栅应变变化趋势与土体应力变化趋势基本一致,随季节性干湿气候呈“波浪”式变化;靠近坡面土体受大气干湿循环的影响更为显著,对降雨入渗敏感,其土工格栅应变变化迅速,峰值出现时间早;格栅应变峰值远小于格栅允许拉应变,且边坡累积水平位移量较小,表明加筋边坡滑移破坏风险较低;在降雨过程中,格栅对边坡土体施加弹性约束,允许坡面发生一定程度的膨胀,释放坡体因增湿产生的膨胀势,从而避免边坡因侧向应力增大形成渐进式滑坡,体现了土工格栅加筋膨胀土边坡“以柔治胀”的作用机制。研究成果可为高速铁路膨胀土边坡的土工格栅加筋设计与施工提供...     

降雨入渗条件下矿坑边坡稳定性分析

结合现场工程实际,根据渗透张量计算程序得到灰岩渗透张量,针对不同降雨工况,对比分析边坡在加固前后位移和安全系数变化规律,以及坡体加固结构在降雨作用下轴力变化规律。通过降雨后边坡位移分析,边坡在没有进行加固时,最大位移发生在边坡下部,中部次之,上部位移最小。在降雨强度为200 mm/d降雨4 d后,边坡坡脚处位移迅速增加,对应的安全系数也降低到最小值;采用预应力锚索加固措施后,边坡稳定性大幅提升,边坡加固后,边坡位移非常小,安全系数最小值较未加固时边坡最小安全系数有大幅提高;预应力轴力随着降雨的持续逐渐增大,最大轴力出现在边坡下部位移最大位置,随着降雨持续时间增加,位移边坡中上部分锚索轴力变化平稳,位于坡脚处锚索轴力增大幅度较大。     

低温(3℃)养护条件下不同水灰比混凝土细观孔结构及抗氯离子渗透性试验研究

为研究低温(3℃)养护条件和水灰比对混凝土抗氯离子渗透性和细观孔结构的影响规律及程度,采用气孔分析法和直流电量法对低温(3℃)养护条件下和标准养护条件下的不同水灰比混凝土28 d细观孔结构和电通量进行测试。试验结果表明:低温(3℃)养护条件对不同水灰比混凝土孔径分布有显著影响,使其孔径粗化严重,大孔含量增多,小孔含量减少;气孔间距系数和平均孔径都明显大于对应标准养护条件下的混凝土,且都随着水灰比增大而增大,低温(3℃)对低水灰比混凝土平均孔径影响程度大,对高水灰比混凝土平均孔径影响程度小;不同水灰比混凝土28d电通量值也明显大于其标准养护条件下的混凝土,且随着水灰比增大,电通量值逐渐增大,抗氯离子渗透性逐渐减弱;低温对不同水灰比混凝土孔结构和抗氯离子渗透性都产生不利影响,使混凝土细观孔结构劣化,抗氯离子渗透性降低,且对低水灰比混凝土的影响程度大。     

地震作用下土工合成材料加筋土边坡动力分析

采用有限差分法,建立土工合成材料加筋边坡的动力数值分析模型,研究加筋土边坡在地震作用下,发生的边坡水平位移、坡体变形和边坡的潜在滑动面,以及筋材与土体的耦合特性。计算分析表明:在地震作用下,加筋有效减小了边坡的水平位移,使边坡具有更好的整体性,减小边坡的变形;加筋土边坡在潜在滑动面处的剪应变增量较小,发生滑动的可能性较小;地震作用下,加筋土边坡的筋材承受拉力,且靠近坡脚处的筋材收到的耦合拉应力更大。研究结果对土工合成材料加筋土边坡的抗震设计有一定参考参考价值。     

铁路新型整体刚性面板加筋土挡墙现场试验研究

以成昆铁路新型整体刚性面板加筋土挡墙为工程依托,通过现场原型试验,研究挡墙基底垂直应力、返包体背部水平和垂直土压力、不同层位土工格栅应变、墙体压缩量及墙面水平位移的变化规律。结果表明:基底垂直应力沿筋长呈双峰分布,靠近返包体处基底垂直应力随时间而减小,其余部位随时间而增大;返包体背部水平土压力、垂直土压力沿墙高方向呈非线性分布;格栅应变随时间呈双峰变化,且从墙体底层至顶层,变化速率逐渐增大;面板完成后,墙体压缩量增长速率明显减小,路中墙体压缩量大于路肩墙体压缩量;墙面总体水平位移小于1 mm;挡墙的抗震性能良好,发生5.1级和3.3级2次地震后,基底垂直应力最大增大4.9%,返包体背部水平土压力减小3.6%～20.0%,垂直土压力减小2.0%～7.9%,格栅应变、墙体压缩量和墙面水平位移均略有增大。     

降雨入渗对边坡稳定性的影响研究

降雨入渗直接影响着边坡岩土体中渗流场的分布,持续的降雨一方面使边坡浸润线逐渐抬升,边坡体非饱和区的含水量逐步增大,内聚力降低,孔隙水压力增大,降低边坡岩土体的抗剪强度;另一方面,边坡岩土体中饱水厚度逐渐增加,一定程度上增加了边坡的下滑力,进一步诱发边坡的变形与滑移。因此,通过建立不同降雨强度下边坡岩土体渗流场有限元模型,定量分析降雨强度对边坡稳定性影响,并结合模拟渗流场中孔隙水压力等值线图,用改进极限平衡法对不同降雨强度下边坡进行稳定性分析。     

基于结构受力模式主动调整的高速铁路双线隧道预制装配式衬砌的设计选型

基于荷载-结构模型分析了不同围岩等级条件下整体衬砌内力特征,调整结构受力模式,从最大弯矩位置开始将衬砌结构分为7部分,分析了不同围岩等级及接头刚度条件下预制装配式衬砌结构的受力与变形特征。结果表明:与整体衬砌相比,各围岩等级下预制装配式衬砌的最大轴力和最大位移均不同程度增大,最大弯矩均不同程度减小,使隧道结构更加稳定;随着衬砌接头刚度逐渐增大,衬砌结构最大轴力和最大位移逐渐减小,最大弯矩先减小后增大;相对于整体衬砌,接头刚度小于45 MN·m/rad时预制装配式衬砌边墙、拱脚和仰拱安全系数略有下降,拱顶和拱肩安全系数大幅增加,因此接头刚度不宜大于45 MN·m/rad。     

赣南地区泥灰岩路堑边坡稳定性分析

赣南地区某一边坡含3～10 m左右不等厚的风化泥灰岩,呈鳞片状,手感黏滑,具有膨胀性,导致山体施工过程中多次溜滑。在工程地质特征、边坡岩土特性分析的基础上,运用极限平衡法和有限元法对边坡进行了不同工况的稳定性分析,得出了边坡位移矢量图,对施工起到一定的指导作用。     

压力型锚索锚固段应力分布规律及锚固段设计

根据Mindlin问题的位移解和弹性力学理论,基于变形协调假定,导出了压力型锚索锚固段粘结应力和轴力分布弹性理论解.采用岩质边坡条件下的参数,对锚固段应力分布进行了计算,总结了软岩条件下锚固段应力分布特征,并具体分析了锚固体半径对应力分布的影响,提出在设计中可以利用应力分布弹性理论解计算得到的应力分布曲线和应力峰值进行锚固段设计的思路,为压力型锚索的设计计算提供了一种参考依据.     

强夯法加固煤矸石地基单点单次夯击数值模拟研究

建立了强夯法加固煤矸石地基的数值模拟模型,用有限元分析软件ANSYS分析夯沉量、冲击应力空间分布特征,不同夯击能作用下矸石地基的位移随深度的衰减规律,并根据室内模拟结果,对强夯前后的承载性能进行模拟.模拟结果表明:强夯冲击应力、夯沉量空间分布特征是集中于以夯锤轴线为中心的椭球形体范围内;夯沉量、冲击应力水平远离夯锤逐渐减小,垂直往深逐渐减小,近似按负幂指数规律衰减;在强夯冲击荷载作用下,矸石地基顶面产生很大的竖向位移,但随着深度的增加,竖向位移衰减很快,近似呈负幂指数规律变化.数值模拟结果基本与室内模型试验的煤矸石地基变形规律一致.     

边坡桥梁桩基大型振动台模型试验研究

通过大型振动台试验,研究地震荷载作用下某铁路线上一代表性的陡坡地段抗滑桩支护桥梁桩基结构体系的抗震性能。模型与原型按照尺寸相似比1:40进行模型试验相似设计。模型试验通过输入的正弦波和汶川波的测试结果分析边坡模型地震作用规律。结果发现:桥梁桩和抗滑桩桩间土压力呈三角形分布,抗滑桩后土压力呈"R"形分布;边坡对监测点加速度有放大效应;位移随地震荷载增加而增大。抗滑桩的各种响应强度均大于桥梁桩基,说明抗滑桩对桥梁桩基有很好的支护作用。试验研究为边坡抗滑桩-桥梁桩基新结构抗震设计奠定了良好的基础。     

岩体边坡锚注加固模拟试验研究

通过对层状岩石边坡锚注加固模拟剪切试验的研究,对比分析各种结构节理剪切力—剪切位移全程曲线的特点;阐述节理剪切破坏各个阶段的细观过程及不同节理的抗剪切强度和抗剪切刚度的特征。研究表明:锚注加固节理面抗剪切强度并不等于锚杆和胶结面抗剪切强度之和,其强度同步发挥的程度与锚杆钢筋的取材及钢筋配筋率有关;边坡锚注加固后,节理由原来的摩擦型节理和加锚柔性节理变为锚注刚性节理,由于节理的变形减小,可以有效地控制边坡的位移量;锚注节理的抗剪切强度随锚杆与节理面夹角的增大而减小,两者呈反比关系;当剪切力方向与锚杆倾向相同且在锚杆与锚注节理面夹角从90°到30°的变化过程中,锚注节理的抗剪切强度逐渐增大,表现为节理面的C值和φ值逐渐增大。     

大跨简支钢桁梁桥-轨道系统地震响应特性研究

客货共线铁路大跨简支钢桁梁桥具有跨度大、活载重等特点,本文以156m简支钢桁梁桥为例,建立考虑相邻桥梁、路基和梁轨间非线性滞回特性的大跨简支钢桁梁桥-轨道系统仿真模型,分析纵向行波效应和竖向地震作用下大跨简支钢桁梁桥-轨道系统动力响应特征,探讨震前温度变化对系统地震响应的影响规律。研究表明:行波效应使钢桁梁桁架轴力、梁端相对位移及钢轨应力显著增大,对大跨简支钢桁梁桥和桥上无缝线路的抗震均有不利影响,轨道结构的存在进一步增大钢桁梁桁架轴力响应;桁架轴力响应对视波速极为敏感;钢轨应力随视波速增大而逐渐减小,并趋于一致激励下响应;震前温度变化对轨道应力影响显著,应予以考虑;对本桥而言,与顺桥向激励相比,竖向激励下桁架最大轴力增大1.5倍(拉)和0.8倍(压),钢桁梁段钢轨应力最大值减小42%。     

降雨后地震作用下基覆型边坡动力响应特性的振动台试验研究

基于大型振动台模型试验，研究基覆型边坡在降雨后地震作用下的动力响应特性，并结合边际谱损伤识别及宏观破坏过程，探讨该边坡损伤发展过程及破坏模式。结果表明：边坡PGA放大系数随正弦波峰值加速度及荷载频率的增加而逐渐增大，0.7倍坡高附近放大效应最大，存在“趋表效应”及“高程效应”；土体应变随峰值加速度的增加而显著增大，坡脚与坡顶变形差异较大；动土应力以及动孔隙水压力均随峰值加速度的增加而不断增大，滑坡启动阶段显著增加；边坡在动力作用下损伤始于坡顶附近，随后坡脚产生剪切破坏；土体的应变发展与边际谱损伤识别过程较为一致；边坡变形可划分为微小变形—小变形—大变形破坏3个阶段，表现为张拉-剪切型破坏。