摘要：我国西南地区水电工程边坡高陡且位于高地震烈度区域,存在地震诱发边坡失稳风险。以金沙江拉哇水电站泄水建筑物进水口边坡工程为依托,基于动力有限元方法对边坡罕遇强度地震工况进行模拟,在此基础上分析了边坡动力响应规律,研究了震后边坡变形、应力及塑性区分布情况,最后采用动力强度折减法评价了泄水建筑物以下边坡的动力稳定性,并揭示了其潜在失稳机制。结果表明:地震作用下边坡加速度响应呈现出高程放大效应、坡表放大效应和结构面放大效应等规律,边坡震后产生最大10.2 mm的永久变形,并新增局部拉应力区及塑性区,罕遇地震工况下边坡潜在滑体的安全系数为1.80,其潜在失稳机制是以断层JF1为后缘面剪切坡脚岩体发生变形破坏。研究可为含顺倾断层的复杂高陡岩质边坡在地震作用下的动力响应及稳定性分析提供参考。

摘要：叶巴滩水电站位于金沙江上游青藏高原边缘复杂地质带,枢纽区边坡开挖高度大、卸荷强烈、地质结构复杂。右岸坝肩边坡施工期现场巡查中发现,沿f29、fr18、f85等断层在坡表与平硐内出现了300多条裂缝,厘清边坡的变形开裂机制、准确评价边坡开裂后的现状稳定性,是否需要采取应急加固处置是叶巴滩水电站施工过程中亟需回答的关键工程技术难题。采用工程地质条件分析、监测资料分析、三维极限平衡分析和数值模拟相结合的研究方法,对叶巴滩右坝肩变形的边界条件和破坏模式进行深入研究,揭示了边坡变形开裂成因机制为开挖卸荷、支护滞后和施工渗水软化等综合因素影响下,沿NW向和EW向结构面组合楔形块体稳定性不断降低,产生了指向河床的蠕滑变形;控制边坡整体稳定性的上、下游边界分别为f85和f29,破坏模式为楔形体滑动。根据该块体滑面的正应力和剪应力分布,提出了针对f29和f85断层布置带有键槽的抗剪洞的应急加固措施,并辅以锚索强腰、排水等工程措施。稳定性分析结果表明,应急加固措施可以显著提高块体安全系数,加固后的边坡满足稳定性要求。研究成果对类似变形开裂破坏的岩质高边坡机理分析及应急加固处置具有借鉴意义。

摘要：利用自主设计的拉伸-剪切辅助装置,开展不同法向应力(-0.28~3.0MPa)条件下的拉剪试验和压剪试验,同时利用声发射技术对比分析两者的力学特性与损伤破坏机制。研究结果表明,拉伸-剪切辅助装置能够较好地开展拉剪试验。试样的峰值应力随法向应力呈曲线变化,对法向拉应力更为敏感,Hoek-Brown强度准则总体上能够较好地表征全应力区的强度特征。拉剪试样峰后应力大幅跌落并迅速分离成两部分,与压剪试验峰后残余阶段相比,具有更多的脆性破坏特征。试样破裂面的形貌特征与法向应力的方向以及大小密切相关,压剪试样破裂面的破碎程度以及声发射参数表征的损伤程度均大于拉剪试验。相比于拉剪试样,压剪试样的破裂面摩擦区、局部剥落现象更明显。随法向应力增大,声发射平静期持续时间变长,试样进入裂纹非稳定扩展阶段的时间越晚。拉剪试验损伤过程各阶段所需时间相较于压剪试验更短,损伤破坏的速率更快。剪应力曲线临界点σcc、σci和σcd与声发射参数可分别表征试样的宏观与微观破裂过程,σcd临界点和声发射b值可作为岩石破坏的预兆。

摘要：边坡临界滑面的确定对边坡稳定分析和加固设计极为重要,采用基于变异和二次序列规划的改进粒子群优化算法(VSPSO)进行临界滑面搜索。VSPSO算法中通过变异操作增强粒子群跳出局部最优解的能力,并用二次序列规划(SQP)加速局部搜索,大大提高了粒子群获得全局最优的能力。通过对有解析解的边坡算例进行分析,验证了该算法的准确性及优越性;对澳大利亚计算机应用协会(ACADS)提供的均质边坡、多层土边坡以及含软弱层边坡进行分析,结果表明改进的VSPSO算法搜索所得滑面比传统PSO算法更逼近推荐答案,具有更好的鲁棒性,而且随着边坡复杂程度的增加,更能体现改进VSPSO算法的优越性,具有广阔的应用前景。

摘要：为了拓展三维极限平衡法在实际工程中的广泛应用,边坡稳定性分析可视化系统软件SLOPE^(3D)被研制和发展。它由前处理、极限平衡分析求解器和后处理3部分组成,前处理核心是构造三维边坡地质模型,后处理主要是计算结果分析和可视化图形显示。该系统将边坡工程地质信息三维可视化技术和稳定性分析有机地结合起来,由于其良好的用户界面和高质量的三维图形显示能力,使人们能够容易地将其应用到实际边坡工程问题中。

摘要：针对裂隙-孔隙双重介质非线性渗流问题,采用压力交换函数描述孔隙Darcy渗流和裂隙Forchheimer渗流耦合特性,推导了渗流方程有限体积的数值格式,并编制了相应的计算程序。通过与单裂隙和相交裂隙渗流的Frih和Arraras解对比,验证了新方法的合理性。对富水深埋裂隙型围岩隧道非线性渗流问题的计算表明,所提算法对复杂裂隙系统问题具有很强的适用性。进一步分析隧道围岩渗流特征:越接近隧道位置,水压梯度越大,流量也越大;隧道周围水压梯度呈现“底部大,顶部小”的特点,最大相差2.5倍,因此隧道底部的流量大于顶部流量;裂隙方向均匀性和密度是影响隧道围岩水力特性的重要因素。在一定水力梯度下,裂隙方向越集中于水力梯度方向且密度越大时,围岩导水性越大,隧道流量越大,越容易发生涌水事故。研究成果为裂隙型围岩隧道防水设计及工程实践提供参考。

摘要：传统边坡治理技术均采用坡面加固,即使采用抗滑桩、锚索等加固措施的治理深度大多小于80 m,对于存在主控结构面埋深大、强度低的大型潜在滑体的边坡工程,其加固治理尚无成熟方法,一般采用避让和减载等被动方法。以锦屏I级水电站左岸边坡为例,系统阐述在大型边坡工程治理中,深埋混凝土抗剪结构的加固原理及运用条件、洞线设计及洞型选择、开挖方式及施工程序设计、回填混凝土结构及灌浆设计。三维数值分析与现场实践表明,在具有深埋滑裂面的岩石边坡治理工程中,这种结构措施具有置换、补强及抗剪等综合作用,是行之有效的加固治理方法。研究成果可对类似边坡工程问题提供经验和借鉴。

摘要：研究设计、制备以及表征了一种基于球形压电陶瓷壳的埋入式水泥基压电声发射传感器.相比于传统的片状压电声发射传感器只能接收特定方向信号的特点,该水泥基球形压电传感器具有全向接收信号的优势.之后,将该水泥基球形压电传感器埋入钢筋混凝土梁中,对梁试件四点弯加载过程进行了声发射监测研究.对比分析了水泥基球形压电传感器与商业外贴式片状压电声发射传感器的监测结果,包括声发射幅值、b值以及分形维数随加载过程的演化关系.结果表明,相比于商业外贴式声发射传感器,水泥基球形压电传感器可以取得较好的监测效果,且在结构加载后期对低强度信号具有更高的灵敏度.两种传感器采集到的的声发射信号的b值和分形维数均反映了结构破坏阶段的演化,可以将b值和分形维数的持续下降并维持在较低水平作为该钢筋混凝土梁试件最终破坏的预警标志.此外,相较于纯商业声发射传感器组成的定位组,该埋入式水泥基球形压电传感器所在声发射定位组捕捉到的破裂点数量大幅提高,有效提高了破裂点定位的准确度与灵敏度.

摘要：在楔体稳定分析中,滑动模式判断正确与否对楔体稳定性评价以及边坡开挖支护方案的选择具有重要意义。探讨Hoek-Bray方法在判断楔体破坏模式时存在的问题和产生错误的原因,并根据楔体破坏的运动学条件对Hoek-Bray方法进行修正,提出理论上较为完备的楔体稳定性计算方法。考虑到现场测量得到的不连续面的产状通常具有一定的离散性和分布范围,导致构成楔体的某一组或两组结构面并非完全确定。鉴于此,提出楔体稳定性的优化分析方法,采用遗传算法搜索具有最小安全系数的楔体及其临界滑面组成,为工程支护设计提供一个具有保守性优点的低限解答,确保边坡的稳定与安全。

摘要：预应力与纤维水泥基材料均可有效限制混凝土结构开裂,进而提高结构耐久性。为研究两者联合使用的力学性能与双重阻裂效应,研发了预应力混凝土与超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite,ECC)组合形成的新型功能梯度构件。根据ECC替换受拉区混凝土高度的不同,设计4组不同类型的功能梯度试件以及1组普通钢筋混凝土试件并开展四点弯曲试验,研究预应力与ECC材料对试件起裂荷载、正常使用极限状态、变形能力、钢筋与钢绞线应变、裂缝间距与宽度以及裂缝的扩展特性的影响。试验结果表明:预应力以及ECC材料均对试件的起裂荷载有提升作用,两者结合使用下,试件起裂荷载较普通混凝土试件提升了100%左右,其中预应力对起裂荷载的影响更大。ECC的加入对试件的正常使用极限状态有着明显改善,使正常使用极限状态对应荷载值提升至0.81~0.95倍的极限承载力。试件的延性也随着ECC替换的比例增大,得到显著提升,延性提升了58.1%~94.9%。预应力筋在钢筋屈服前为非主要受力筋,在钢筋屈服后成为主要受力筋继续承担荷载,此外,预应力与ECC二者均对钢筋的屈服有延缓作用并随着ECC替换比例的提高而增强,极大地改善了结构的耐久性。对于裂缝,两者结合使用极大地限制了裂缝的出现与发展,使得试件在中低荷载下保持不裂,高荷载下保持裂而不扩。最后基于试验数据修正了规范给出的裂缝计算公式,公式中考虑了对钢筋等效应力的折减、材料和替换比例等因素,提出了适用于预应力功能梯度构件的裂缝计算公式,为进一步研究预应力功能梯度构件的裂缝计算提供了基础。