基于智能磁性石块埋入的边坡深部变形失稳监测模型

针对边坡深部变形失稳监测存在服役环境恶劣、传感器布设困难等问题,提出基于智能磁性石块的边坡变形失稳监测方法,研制智能磁性石块及全张量磁场梯度传感器,发展基于智能磁性石块的边坡变形监测的简化磁测算法,通过智能磁性石块的位移变化反演边坡失稳过程。采用铝合金模型槽、分离式千斤顶和力传感器建立滑坡模拟系统,通过推移加载方法模拟边坡滑动。试验结果表明,当推力为2 500 N时,通过菲林软尺测得的6个特征点的水平位移与推力的曲线关系发生突变,当推力在2 500至3 100 N时,6个特征点的水平位移增加幅度迅速提高,发生失稳破坏。当推力为2 500 N时,智能磁性石块至参考点的距离、智能磁性石块的水平位移与推力的曲线关系存在拐点,此后智能磁性石块至参考点的距离、智能磁性石块的水平位移均大幅度变化。智能磁性石块至参考点的相对距离、智能磁性石块的位移等均可反映边坡变形演化并可进行失稳评价,且与菲林软尺传统的监测结果趋势基本一致。可为磁测在边坡深部变形监测的进一步研究和应用提供参考。     

抗滑桩施工中边坡稳定系数分析

采用连续介质快速拉格朗日差分分析方法,结合强度折减技术,设定解不收敛的破坏标准,来探讨抗滑桩施工过程中桩孔开挖对边坡安全系数的影响这一三维问题.结合工程实例,模拟几种开挖顺序,结果表明,合理的施工方案对边坡扰动甚微;而随意开挖桩孔可能使边坡失稳,且失稳时的位移不大,破坏征兆不明显,破坏更加突然,应特别注意.分析施工等因素对边坡稳定系数的影响,特别是处在极限状态下的边坡,十分必要.     

土质边坡稳定性影响因素的研究

稳定性分析是边坡工程一项重要的工作,目前在工程设计中常用的边坡稳定分析方法为安全系数法,它是经过长期工程实践证明的一种有效设计方法。由于现阶段只有理论上计算边坡安全系数的公式,并不能直观感性的认识,不便于工程实践上应用。针对影响边坡稳定性的主要参数,采用极限平衡原理、强度折减法对土的抗剪强度指标粘聚力c和内摩擦角φ,边坡的坡角α和坡高H进行分析,通过不断改变单一变量的值,得出其与边坡安全系数的关系,并采用软件分析拟合出公式,从而得出简单可行的判断边坡安全系数的方法。     

西宁盆地黄土区荷载条件下植被护坡力学效应

为探讨西宁盆地黄土区边坡在荷载条件下植物根系对边坡稳定性的影响,该项研究以西宁盆地西山长岭沟流域为试验区,在自建边坡上种植草本植物垂穗披碱草(Elymus nutans)和灌木植物柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii),通过在边坡坡顶施加载荷,边坡坡面布设位移计与土压力盒的方式,监测荷载条件下边坡坡面土体位移与土压力变化;在此基础上,对边坡植被根-土复合体开展剪切试验,分析荷载条件下边坡坡面不同位置处根-土复合体抗剪强度及其变化特征。试验结果表明:在坡顶荷载条件下,在边坡相同位置处的根-土复合体粘聚力c值均大于施加载荷前;3种植物边坡的根-土复合体粘聚力c值均大于相同条件的未种植素土边坡;在荷载条件下,组合植被边坡的坡面土体位移量显著小于单一植被边坡和素土边坡,组合植被边坡在竖直和水平方向的位移量与草本植被边坡相比减小1.60~1.77 mm,与灌木植被边坡相比减小3.78和4.11 mm,与素土边坡相比减小7.39和6.29 mm。研究结果对防治高寒半干旱地区坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害,具有参考价值和指导意义。     

膨胀性岩质边坡加固方案的数值试验研究

膨胀性岩质边坡,由于其复杂性,加固方案不易确定。运用有限元方法对膨胀性岩体边坡的加固措施进行了较全面的数值试验研究,得出了坡顶超载与竖向位移、节理间距与坡顶变形及锚杆对坡顶变形影响的规律。该成果可为膨胀性岩质边坡加固方案的确定提供科学依据。     

降雨触发山区公路边坡失稳的气象判据研究

应用突变理论,针对山区公路边坡的地质特征,以其力学模型为基础,综合考虑作用于后缘张裂隙的水力效应,构建边坡系统的尖点突变模型,推导出边坡极限状态下后缘张裂隙临界充水高度,并据此得到临界降雨强度的计算公式,建立了边坡突变失稳的气象判据.同时以陕南秦岭山区G316国道某滑坡为例,进行算例分析.分析结果表明,模型计算结果与实际情况较为一致,从而为山区公路滑坡预警预报的研究提供一个新的思路.     

涪陵区植物油厂滑坡有限元强度折减分析

从滑坡变形监测规律出发结合有限元强度折减法,对重庆市涪陵区植物油厂滑坡建立了一种有限元特征点位移监测分析法,研究该滑坡的变形破坏过程.结果表明,植物油厂滑坡属于牵引式滑坡,处于顺层蠕滑初始阶段,滑坡中前部变形比较强烈;从位移与折减系数的关系曲线得出滑坡在达到极限平衡状态之前,存在一个明显的变形加速过程;通过有限元强度折减法和不平衡推力法的综合分析,得滑坡整体稳定系数F=1.15,中后部局部剪出体稳定系数为Fr=1.20.滑坡安全储备不足.     

溯源侵蚀作用下昔格达地层土质边坡的稳定性

对四川省昔格达地层土体工程地质特性进行了分析。结果发现,昔格达土体化学成分丰富,含有一定量的易溶盐,在地下水及地表水的作用下易于发生化学反应,形成次生矿物,使土体强度降低,导致边坡易于产生失稳现象;溯源侵蚀为河流侵蚀的一种类型,水流的侧向冲刷与重力同时作用于沟谷边坡,加快沟谷边坡的失稳速度。运用水力学、土力学等力学方法对溯源侵蚀的主要影响因素进行了分析。在非饱和土计算模型基础上,建立了昔格达地层沟坡物理概化模型。模型在考虑了河流的侧向冲刷,沟坡重力作用的基础上,同时考虑动水压力作用对边坡的影响。针对目前非饱和土抗剪强度计算并不统一的情况,推导并优化了非饱和土边坡稳定性计算公式。并结合建立的溯源侵蚀模型对昔格达地层土质坡稳定性进行了分析,求得边坡稳定性系数为1.061,而采用经典的Bishop法求得相同条件下边坡稳定性系数为1.212。结果表明,优化的边坡稳定性求解方法得到的稳定安全系数较低。     

基于渐近均匀化理论的黄土高原草本植物固土效果模拟

黄土高原是中国水土流失和浅层滑坡灾害最严重的地区之一,而植被根系能有效抑制浅层滑坡。黄土高原草系分布广泛,根系在空间配置上具有鲜明的周期重复特征,计算大量根系的边坡固土效果非常复杂。该文利用渐进均匀化理论,构建"根系-土体"复合土体本构关系,通过与已有研究对比说明,该文所述方法计算三维本构关系具有较高精度。为说明均匀化方法在含根群边坡中的准确性和高效性,该文基于有限元软件ANSYS,进一步模拟了含草边坡和无草边坡的应力和应变分布规律。数值模型设置为3组,分别是无草边坡模型、含草边坡的分离式模型,以及基于该文均匀化理论的含草边坡模型。该文进一步采用观察等效塑性应变区是否贯通作为边坡失稳临界状态的标准,利用强度折减法计算了边坡安全系数。研究表明:1)渐进均匀化理论不仅能准确地构建根土复合体本构关系,而且极大地减少了模型计算工作量(减少了95.58%的单元数)。2)披碱草根系能改善边坡浅层土体的应力场,使得根系分布区内的剪应力更加均匀,使坡体浅层更趋于稳定。3)当边坡坡度较小时(坡角为30°),无草边坡安全系数较大(F=4.28),根系对边坡的稳定性加持较小(平均仅提高2.92%);当坡角增大到45°时,无草边坡安全系数下降为2.90,而含草边坡平均安全系数提升了13.45%,根系固土效果更加显著。     

暴雨诱发高填深挖路基边坡失稳分析

为研究暴雨诱发作用下高填深挖路基边坡稳定性问题,分析了暴雨诱发碎石边坡失稳机理,研究了暴雨和正常两种计算工况下边坡稳定性,采用摩根斯坦-普赖斯分析方法,分析了两种工况下高填深挖碎石边坡抗剪强度、抗剪能力和边坡安全系数的变化,与正常工况相比,暴雨作用下边坡土体的凝聚力和摩擦强度都显著降低,安全系数显著降低,因此,暴雨导致边坡抗剪强度和抗剪能力明显降低,使安全系数降低,导致边坡失稳现象发生。为高填深挖路基边坡稳定性评价及防治措施提供依据。     

淤地坝减轻坡沟系统滑坡侵蚀的数值模拟

基于边坡分析软件及有限元软件,通过建立陕北绥德县关地沟4号坝上游典型坡沟系统的概化模型,应用概率统计和数值仿真分析方法,从坡沟系统的力学稳定和受力破环的角度,得到了随淤地坝坝地的逐渐淤高坡沟系统的稳定性、滑塌概率和滑塌量分别增强、减弱和减少,其随坝地淤高的变化分别满足二项式、二项式和直线规律.应用有限元强度折减法原理,对坡沟系统的应力场和位移场进行了仿真分析,指出了稳定系数最小,滑坡概率最大时坡沟系统濒临滑坡侵蚀时的最大应力和位移分布区域:(1)X方向的最大位移是沟坡中下部位垂直向坡体内约15 m的范围;(2)y方向的最大位移是从峁顶向两侧各延伸10 m左右的扇形区域;(3)拉应力最大值区域是从峁顶经峁坡向沟坡坡缘线向坡体内延伸9m左右的带形区域.研究结果可为坡沟系统水土保持工程措施的配置及生物措施的实施提供有益的参考,并为评价坡沟系统的稳定性提供一定可靠度的依据.     

不同生长期多花木兰根系抗拉拔特性及其根系边坡的稳定性

为研究不同生长期灌木植物根系抗拉拔特性,并分析其对护坡效应的影响,对生长期分别为3个月、6个月、9个月、12个月、15个月和18个月的典型护坡灌木植物多花木兰根系进行室内抗拉试验和现场抗拔试验,并采用二维有限元法模拟试验区不同生长期多花木兰根系边坡稳定性的增强作用。结果表明：受不同生长期的影响,多花木兰单根的抗拉力随着根径的增加呈幂函数增大,抗拉强度随着根径的增加呈幂函数减小,单根直径一定时,抗拉力和抗拉强度随着生长期的增长而增大;受不同生长期的影响,多花木兰植物根系的抗拔力随着地径、地下生物量和侧根数的增加呈指数函数增大,多花木兰根系的平均生物指标和平均抗拔力的增大幅度随着生长期的增长而减小,其中平均抗拔力增大幅度由102.78%减小到31.55%;边坡的安全系数随着植物生长期的增长而增大,等效塑性应变和最大位移随着植物生长期的增长而减小,其中最大等效塑性应变较裸坡减小了24%～72%,最大水平位移的减少程度约为最大竖向位移的一半。     

贺兰山云杉林根土复合体提高边坡稳定性分析

为了研究贺兰山青海云杉林(Picea crassifolia)边坡根土复合体对边坡稳定性的影响,该文在直剪试验、三轴试验等获得的土壤参数基础上,建立了基于有限元理论的贺兰山青海云杉林边坡稳定性计算数值模型,并在5种坡度条件下(18.43°、21.80°、26.57°、33.69°、45.00°)计算了无林边坡和有林边坡的安全系数、最大塑性应变、最大位移、破坏时间及它们的增长率随坡度的变化规律,并计算了土壤强度参数摩擦角、黏聚力、剪胀角与安全系数的灰色关联度矩阵和平均关联度。结果表明:1)无林边坡与有林边坡的安全系数随坡度的变化规律是一致的,都以幂函数递减。有林边坡相对于无林边坡安全系数的增长率以指数函数增加,且坡度越陡根土复合体对边坡稳定性的提高作用越强;2)根土复合体的存在可以延长边坡的破坏时间,有林边坡的破坏时间均高于无林边坡,根土复合体提高边坡破坏时间的增长率随坡度的增大呈抛物线增加,且坡度越陡提高作用越明显。边坡破坏时有无塑性贯通区会明显改变最大塑性应变、最大位移、破坏时间的值;3)摩擦角、黏聚力、剪胀角3个土壤强度参数中,黏聚力是影响边坡稳定的主导因素,摩擦角、剪胀角的影响次之,此规律不受边坡坡度的影响,这是根土复合体可以显著影响边坡稳定性的根本原因之一。该文的研究结果对于解释森林根土复合体加固边坡作用的本质、推进边坡稳定性计算的数值模拟、防治贺兰山浅层滑坡及水土流失灾害都具有重要的意义。     

适用于梯级泵站压力管道的传感器优化布置方法

为解决梯级泵站压力管道传感器优化布置问题,提出一种基于有效独立-总位移法的传感器优化布置方法。该方法针对有效独立法所选测点能量较小的缺陷,将测点的总位移以权重的方式加入传感器优化过程中,并保留有效独立法的优点,最终得到独立性较好且满足能量要求的测点。以景泰压力管道为例,运用该方法进行传感器优化布置,并与传统有效独立法比较,通过模态置信准则、Fisher信息矩阵值、最大奇异值比以及总位移等指标评价2种方法的优劣。结果表明,有效独立-总位移法得到的测点在满足独立性的前提下,增加了测点信息量,可观性更好。优化前后实测数据的比较分析,表明该方案对实际结构检测具有较好的适用性,是一种实用有效的传感器优化布置方法。     

基于区域生长均值漂移聚类的苗期作物行提取方法

为解决传统机器视觉方法检测苗期作物行时不同作物种类、不同生长背景和不同作物行数导致的作物行提取精度低的问题,该研究提出一种基于区域生长和均值漂移聚类的苗期作物行提取方法。首先,通过Lab颜色空间中a、b双颜色分量最大熵法选取最优阈值进行图像分割;其次,通过垂直投影获取均值漂移的聚类窗口带宽,均值漂移时以聚类窗口边缘为种子点进行区域生长来归类和标记每一行作物,之后遍历所有作物行获取聚类中心点;最后,通过最小二乘法拟合聚类中心点得到作物行直线。试验结果表明,该方法对大蒜、玉米、油菜、水稻和小麦5种作物的苗期作物行提取精度较高,5种作物的平均行识别率为98.18%,平均误差角度为1.21°,每张图片的平均处理时间为0.48 s。该方法的作物行提取性能明显优于Hough变换方法,为田间环境多因素影响下的苗期作物行提取提供了一种更具鲁棒性的方法。     

土坡滑坡侵蚀稳定性评价的解析方法

滑坡是土坡重力侵蚀最普遍的一种形式，其稳定性分析中的圆弧条分法在工程实际中被广为应用。但该方法的具体计算过程烦琐，而且需要反复试算，存在着不确定性。将土坡的地面线用分段直线方程表示，将滑动面用一圆弧方程表示，可以将原公式中的求和部分化为积分式，从而推导出了求解稳定系数的解析式。通过几何关系将稳定系数转化为一个距离参数t的一元函数求得参数t，并获得稳定系数极小值及其对应的滑动面。若变动后缘点和剪出点，可最终求得最危险滑动面的位置及相应的稳定系数。     

降雨对黄土裸坡坡面形态影响的室内模型试验

黄土高原坡面的侵蚀主要发生在降雨集中的6-9月,坡面会遭到严重破坏,更甚者造成滑坡.建立了黄土裸坡的室内模型并模拟人工降雨,通过综合监测来观察降雨过程中坡面形态的变化并分析降水人渗对黄土滑坡的影响.试验结果表明:(1)降水入渗速率由快到慢;径流量/入渗量的值随时间先增长,再减小,最后稳定;坡顶的降水入渗速率始终大于坡面;(2)坡顶首先产生贯通的拉裂缝,然后坡体内部产生局部微小竖向裂缝,位移方向为坡顶下方竖直向下,坡面下方略大于45°;(3)坡面侵蚀经历了“片蚀-沟蚀一沟间坡面面蚀向深切和侧蚀发展”的过程,最终沟岸发生崩塌,坡面因受侵蚀呈整体下降趋势;(4)坡面崩滑从坡趾处自下而上发展.