离散裂隙网络控制下的高陡岩质边坡失稳机制分析——以泸定县大渡河某边坡为例
泸定县大渡河某高陡岩质边坡采用3DEC与DFN模型分析表明,裂隙切割深度达56~66 m时坡面最大位移可达20 cm,位移集中区与张拉塑性区重叠,存在局部滑坡风险。黏聚力与内摩擦角折减系数每增加0.1,坡面位移线性增长、塑性区扩展速率指数递增。DFN模型较无裂隙或仅优势结构面模型位移量级提升约2倍,失稳呈宏观界面剪切滑移与微观裂隙张拉破坏的双重控制机制。
泸定县大渡河某高陡岩质边坡采用3DEC与DFN模型分析表明,裂隙切割深度达56~66 m时坡面最大位移可达20 cm,位移集中区与张拉塑性区重叠,存在局部滑坡风险。黏聚力与内摩擦角折减系数每增加0.1,坡面位移线性增长、塑性区扩展速率指数递增。DFN模型较无裂隙或仅优势结构面模型位移量级提升约2倍,失稳呈宏观界面剪切滑移与微观裂隙张拉破坏的双重控制机制。
以龙游石窟泥质粉砂岩为例构建多场多相耦合化学损伤模型,用有限元模拟还原干湿循环中毛细水侵入、重力释水与方解石胶结物溶蚀过程。吸水快且湿润锋平行浸水边界,释水慢且孔隙水无法完全疏干;内部孔隙水浓度高于表层,差异溶蚀使表层化学损伤更显著。循环周期降低会提高整体损伤速率并增强损伤非均质性。
玛湖凹陷砾岩井下岩心三轴压缩与CT扫描试验表明,围压升高使砾岩出现脆延转化,弹性模量先增大后减小,泊松比整体上升。弹性模量与峰值强度的变化主要受砾石分布特征控制:粒径分布范围过大易破坏,粒径过小易产生大变形,粒径大小与分布适中时需更大加载力。破坏模式亦受粒径分布控制,粒径极小且均匀或巨大且极不均匀时以绕砾为主,粒径较大且分布均匀时以穿砾为主。
针对贺兰山遗迹钙质胶结不等粒长石砂岩,采用NaCl和CaCl₂溶液开展冻融循环与三轴压缩试验,并与干燥对照组对比。经40次冻融循环后,氯盐溶液环境下岩石弹性模量均降低约20%,约为干燥组的4倍,偏弱酸性的CaCl₂溶液劣化作用更突出。联合波速与孔隙率定义的多参数损伤变量在90%置信区间内验证可靠,并建立了氯盐-冻融耦合损伤经验模型。
研究针对黄河晋陕峡谷北段砂泥岩边坡的强风化泥岩开展冻融循环试验,30次循环后质量、纵波波速、单轴抗压强度和弹性模量的总劣化率分别为4.7%、10.2%、59.7%和66.9%。
推荐理由:试验给出强风化泥岩30次冻融后强度与模量的劣化幅度,可供晋陕峡谷边坡防护设计参考。
针对含水泥岩开展不同含水率三轴压缩与蠕变试验及细观结构测试,揭示了弹性模量随含水率软化规律并确定蠕变长期强度。基于弹性模量软化与孔隙分形维数定义宏-细观损伤变量,构建Burgers蠕变损伤本构模型,并提出修正记忆依赖导数与应力开关控制的黏壶元件,其记忆效应不随时间失效。将两者串联建立考虑永久记忆效应的蠕变损伤本构模型,经不同含水率泥岩三轴蠕变试验验证并与其他模型对比,证实其准确性与优越性。
研究以西藏江达白格滑坡滑源区蚀变软岩为对象,采用现场调查、X衍射、电镜扫描、浸水崩解和三轴试验分析其物质组成、微观结构与水理特征,并按宏观表征和耐崩解指数进行蚀变程度分级。
推荐理由:研究以白格滑坡滑源区蚀变软岩为对象,给出蚀变分级与含水率对黏聚力、内摩擦角的影响规律,可供同类滑源区岩体评价参考。
研究将地下深部钻孔原位动水溶蚀试验与室内1 mL·min-1动水溶蚀试验相结合,首次获得原位环境下白垩系灌口组(K2g)石膏岩溶蚀速率值。原位试验中15 m、25 m处试件溶蚀强烈,30 d质量损失率超73%,年溶蚀速率近90 mm·a-1,35 m处速率仅为上部的1/4;25 m处地下水SO4 2-、Ca2+浓度是15 m、35 m处的1.5倍以上。
推荐理由:研究把钻孔原位动水溶蚀与室内试验对照,给出原位环境下石膏岩溶蚀速率与强度劣化路径,可供地下工程遇石膏地层时评估风险参考。
串联板锚的拖曳嵌入试验表明,采用padeye与锚爪(fluke)相连的连接方式可同时提高嵌入深度和安装承载力;锚间距不小于3倍锚爪宽度时可有效减弱相互干扰。前锚为拖曳嵌入锚、后锚为竖向承载锚(VLA)的组合性能最优,最大安装承载力达对应单锚承载力之和的1.3倍。
采用光滑粒子法(SPH)融合Drucker-Prager屈服准则与Grady-Kipp模型,构建了可同步表征剪切与拉伸失效的混合失效模型并开发Fortran求解程序,通过人工应力、应力光滑与黏性边界抑制应力振荡与边界反射噪声。模型复现了预裂缝岩样压缩及单截齿贯入试验的裂纹扩展路径与破坏模式,并模拟单截齿切割含坚硬结核煤体,识别出不同切入深度下以剪切和张拉为主导的两种结核剥落模式。
针对数据稀疏与测试噪声导致的参数不可辨识问题,构建了基于层级贝叶斯推断的分析框架,通过块金效应分解信号与噪声并引入信息性先验增强可识别性。5参数模型在MCMC后验推断中收敛稳健,条件随机场模拟传播后验不确定性并生成空间失效概率图,识别出最高失效概率达32.9%的潜在风险区,与现场破坏现象高度一致。
针对平面横波在饱和冻土与饱和土分界面处的传播问题,建立了分界面处的波动传播分析模型。研究给出了横波在两种饱和介质交界面上的反射与透射规律,并分析了相关参数对传播特性的影响。
宁波大学与绍兴大学联合研制出野外岩体结构面JRC速测仪,用于快速测定结构面粗糙度系数JRC。该仪器面向野外现场应用,可提升岩体结构面粗糙度获取的效率。
河南理工大学研制出悬臂岩体非均布加载试验系统,用于模拟悬臂岩体在非均布荷载下的受力状态。该系统由河南理工大学能源科学与工程学院等单位完成,可开展悬臂岩体非均布加载试验。
针对煤矿酸性废水循环作用下的灰岩,开展断裂行为试验并揭示其微观机制。研究由贵州大学、贵州省煤矿设计研究院与四川大学联合完成,聚焦酸性废水循环对灰岩断裂特性的影响。
针对锚索影响下的围岩板裂化破坏过程,开展了声发射横波与纵波特征的试验研究。试验由华北理工大学矿业工程学院等单位完成,聚焦锚索作用下围岩板裂化破坏全过程中的声发射横、纵波响应特征。
四川大学与中国矿业大学(北京)采用数值模拟探索流态化迴行开采模式下的采动应力演化。研究聚焦该开采模式下采动应力的分布与变化特征,为流态化开采的应力控制提供依据。
中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室采用化学断裂力学分析与试验,研究硬脆性页岩伊利石晶层水化诱发开裂的机制。成果揭示了伊利石晶层水化作用下的开裂机理,为硬脆性页岩井壁稳定分析提供依据。
太原科技大学与河南理工大学团队采用三维手段研究CO2相变致裂煤的裂隙演化特征与改造效应。研究揭示致裂后煤体三维裂隙的扩展规律,并评价该技术对煤储层的改造效果。
绍兴大学等提出基于SPH的花岗岩高精度建模方法,用于研究矿物尺度裂纹扩展规律。该方法在矿物尺度再现花岗岩裂纹扩展过程,为岩石力学分析提供数值手段。
针对压气储能地下硐室,开展不同衬砌厚度条件下的真三轴试验,考察其力学特性与裂缝演化规律。试验由安徽理工大学与合肥工业大学团队完成,聚焦衬砌厚度变化对硐室受力与开裂行为的影响。
武汉理工大学与武汉工程大学团队研究了注浆加固裂隙砂岩的破坏机制、动力特性,并建立断裂损伤模型。成果可为裂隙岩体注浆加固设计与动力灾害评估提供理论依据。
华东交通大学与中国科学院武汉岩土力学研究所等联合研究了层状盐岩储氢库的氢渗演化机制与密闭完整性。研究聚焦氢气在层状盐岩中的运移规律及其对储库密封性能的影响,为盐穴储氢库的密闭性评价提供依据。
重庆大学与武汉大学团队开展粗糙裂隙渗流–溶蚀可视化试验,观测裂隙溶蚀模式及其转变过程。研究基于可视化试验揭示粗糙裂隙中渗流与溶蚀的耦合作用,并归纳溶蚀模式类型。成果可为岩体裂隙渗流–溶蚀演化分析提供试验依据。
成都理工大学等基于力–震–变形融合监测,研究反倾软弱面控制下锁固型三段式岩质滑坡的灾变前兆特征。采用现场与试验监测手段提取临滑前兆信息,识别锁固段破裂对应的力、震动与变形响应规律。成果为该类锁固型滑坡的灾变预警指标选取提供依据。
宁波大学与中国科学院武汉岩土力学研究所通过试验研究锚索加固反倾岩质边坡的地震损伤特性,采用能量分析方法揭示其动力损伤规律。
针对颗粒流沿粗糙斜面下滑问题,研究考察了颗粒扁平度与伸长率对流动行为的影响。成果发表于 Computers and Geotechnics 第 203 卷第 1 部分,作者为 Mengna Zhang 与 Lu Jing。
采用离散元法(DEM)研究了土工格栅铺设位置对松散铁路道砟深度相关微观力学行为的影响。研究聚焦不同格栅位置下道砟内部接触力链与颗粒运动的深度分布特征,揭示格栅位置对道砟微观力学响应的控制作用。
提出一种可描述岩石全阶段力学行为的损伤模型,并用于深埋隧道开挖响应分析。模型覆盖岩石从初始加载到破坏的完整力学过程,通过深埋隧道开挖算例验证了其适用性。
采用全耦合 XFEM 分析了天然裂缝性地层多簇水力压裂中复杂裂缝网络的发育过程。研究由 Yun Zhou 等完成,发表于 Computers and Geotechnics 第 203 卷第 1 部分。
研究采用Minkowski和构建土石混合体三维细观结构模型并开展DEM模拟。该方法通过Minkowski和生成块石颗粒几何形态,用于再现土石混合体的细观结构特征。成果发表于Computers and Geotechnics 2027年3月第203卷第1部分。
针对嫦娥六号月壤颗粒,研究提出按岩性分类的形态表征方法,并采用约束式球谐生成重建颗粒形状。成果发表于 Computers and Geotechnics 2027 年 3 月第 203 卷第 1 部分,作者为 Chuansheng Xu、Ao Luo、Yifei Cui、Zihan Zhang、Lu Jing。
针对粗糙裂隙渗流与溶质运移,提出了一种基于综合粗糙度参数的等效模型。该模型将裂隙粗糙度综合表征为单一参数,用于等效描述裂隙内的流动与溶质运移过程。研究由Hao Wang、Liangtong Zhan等完成,刊于Computers and Geotechnics第203卷第1部分。
针对深部隧道开挖损伤区预测,提出一种非普通态近场动力学方法,并引入初始地应力平衡重构以消除开挖前的虚假损伤。该方法用于预测深部隧道开挖损伤区范围,作者包括 Zhihui Xiong、Shuwei Zhou、Shanpeng Cao、Xiaoying Zhuang 与 Timon Rabczuk,成果发表于 Computers and Geotechnics 第 203 卷 Part 1。
研究提出一种体积自适应混合理论MPS模型,用于模拟过渡性流体–颗粒动力学及由此产生的冲击波。该模型面向流体与颗粒相互作用处于过渡状态的动力过程,可复现冲击波的生成与传播。成果发表于 Computers and Geotechnics 第203卷第1部分,作者为 Mojtaba Jandaghian 与 Ahmad Shakibaeinia。
针对胶结颗粒材料的不稳定行为,Zeyong Liu 等人在 Computers and Geotechnics 第 203 卷 Part 1 提出一种增强多尺度模型进行模拟。该研究由 Liu、Zhao、Wautier 与 Nicot 合作完成,论文定于 2027 年 3 月刊出。
采用离散元方法研究了干砂性土中单桩支撑风力机在地震作用下的响应。该研究发表于 Computers and Geotechnics 第203卷,由 Ahmed Khamiss 与 Usama El Shamy 完成,聚焦桩土体系在地震荷载下的动力行为。
采用离散元法模拟干岩-冰崩体对缝隙坝的爬高过程,刊于 Computers and Geotechnics 2027 年 3 月第 203 卷第 1 部分。作者为 Zhibo Dong、Ziqi Ling、Yonglin Yang、Lijun Su。
针对压敏岩土材料,提出一种带条件凸伪势的变分神经本构更新方法。该方法将本构积分表述为变分形式,并以条件凸伪势保证应力更新的一致性。论文由Xiangchen Yao、Shuqi Ma、Liang Yuan、Hongfei Duan撰写,刊于Computers and Geotechnics第203卷第1部分。
针对酸蚀裂缝扩展,建立了耦合水—力—反应流动与应变软化的相场模型,并结合实验开展研究。模型将酸液流动、岩石力学响应与化学反应过程纳入统一框架,考虑应变软化对裂缝扩展的影响。成果发表于 Computers and Geotechnics 第 203 卷。