松散堆積體滑坡與抗滑樁相互作用細(xì)觀機(jī)理項(xiàng)目摘要

考慮到土石混合體非均質(zhì)和非連續(xù)性，研究土石混合體真實(shí)力學(xué)特性且從細(xì)觀力學(xué)角度探討松散堆積體抗滑樁拱效應(yīng)的存在條件、形成和發(fā)展演化過(guò)程，可以為抗滑樁設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供重要的理論基礎(chǔ)，服務(wù)于滑坡災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)。本項(xiàng)目擬選取典型松散堆積體滑坡抗滑樁治理工程為重點(diǎn)研究對(duì)象，結(jié)合詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查和監(jiān)測(cè)資料，科學(xué)分析重點(diǎn)堆積層滑坡體變形破壞機(jī)制，構(gòu)建其工程地質(zhì)力學(xué)模型；在系統(tǒng)分析土石混合體結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，建立和完善土石混合體中塊石形貌特征信息庫(kù)，實(shí)現(xiàn)塊石顆粒幾何形態(tài)空間表述；借助現(xiàn)代影像處理和數(shù)值模擬技術(shù)，在室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)模型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展土石混合體真實(shí)力學(xué)特性研究；利用三維離散-連續(xù)耦合數(shù)值分析技術(shù)，重點(diǎn)剖析松散堆積體滑坡抗滑樁細(xì)觀尺度下工作特性，分析塊石結(jié)構(gòu)特征和空間分布規(guī)律對(duì)拱存在條件和形態(tài)特征的影響，系統(tǒng)研究抗滑樁拱效應(yīng)形成和發(fā)展演化過(guò)程，揭示抗滑樁與松散堆積體滑坡相互作用細(xì)觀力學(xué)機(jī)理。

考慮到土石混合體非均質(zhì)和非連續(xù)性，研究土石混合體真實(shí)力學(xué)特性且從細(xì)觀力學(xué)角度探討松散堆積體抗滑樁拱效應(yīng)的存在條件、形成和發(fā)展演化過(guò)程，可以為抗滑樁設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供重要的理論基礎(chǔ)，服務(wù)于滑坡災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)。本項(xiàng)目擬選取三峽庫(kù)區(qū)典型松散堆積體滑坡抗滑樁治理工程為重點(diǎn)研究對(duì)象，分析了奉節(jié)生基包堆積層滑坡體變形破壞機(jī)制；在系統(tǒng)分析土石混合體結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，并結(jié)合巖土體散體材料介質(zhì)特性的描述，建立和完善砂土顆粒、土石混合體中塊石形貌特征信息庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了不同類(lèi)型顆粒幾何形態(tài)和空間表述；塊石元局部應(yīng)變系數(shù)為土石混合體代表單元中各介質(zhì)元細(xì)觀微應(yīng)變與體積平均應(yīng)變的橋聯(lián)系數(shù)，與土石混合體的細(xì)觀結(jié)構(gòu)、初始圍壓直接相關(guān)。隨著含石率的增大，土石混合體的抗剪強(qiáng)度也隨之增大，塊石元的結(jié)構(gòu)支撐效應(yīng)越明顯。在散體材料宏細(xì)觀參數(shù)之間的聯(lián)系方面，材料的峰值抗壓強(qiáng)度直接受控于顆粒的粘結(jié)強(qiáng)度和顆粒的摩擦系數(shù)，另外顆粒摩擦系數(shù)直接影響材料峰后力學(xué)特性。在室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬散體材料和抗滑樁相互作用機(jī)理方面，采用離散元的方法對(duì)非連續(xù)、非均質(zhì)介質(zhì)的土拱效應(yīng)進(jìn)行深入的研究，從細(xì)觀層面上分析土石混合體自身性質(zhì)（含石率、塊石分布、塊石形態(tài)等）以及樁間距對(duì)樁后土拱形成、演化、破壞的力學(xué)機(jī)制；同時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)：樁位顯著影響樁固邊坡的安全系數(shù)，樁充分發(fā)揮性能得到最大安全系數(shù)的最小嵌巖比為0.12。嵌巖比影響樁的加固性能，嵌巖比增大，樁的撓度顯著減小，彎矩和剪切力也會(huì)隨之減小，彎矩與剪切力的峰值位置略高于滑動(dòng)面位置。對(duì)不同模式的模型檢驗(yàn)表明，嵌巖樁長(zhǎng)比大于臨界值時(shí)，邊坡安全系數(shù)、樁的撓度、彎矩和剪力處于穩(wěn)態(tài)。隨樁距減小，樁的性態(tài)類(lèi)似于連續(xù)材料，土拱效應(yīng)也更為明顯。當(dāng)樁間距增大時(shí)，各樁的承載區(qū)增大，其最大彎矩值和剪切力會(huì)增加，因此安全系數(shù)下降。以上研究結(jié)果系統(tǒng)研究了抗滑樁拱效應(yīng)形成和發(fā)展演化過(guò)程，揭示了抗滑樁與松散堆積體滑坡相互作用宏細(xì)觀力學(xué)機(jī)理。

本項(xiàng)目利用先進(jìn)的數(shù)碼攝像可視化跟蹤技術(shù)和數(shù)字信息計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)處理技術(shù)，進(jìn)行堤壩的滲透模型試驗(yàn)，攝錄土顆粒的移動(dòng)軌跡，確定形成管涌的臨界參數(shù)?；谏Ⅲw介質(zhì)顆粒流理論及其分析方法等細(xì)觀力學(xué)手段，分析滲流與土介質(zhì)的共同作用及滲流的貼壁擠土效應(yīng)，深入研究管涌形成過(guò)程的細(xì)觀力學(xué)機(jī)理。建立關(guān)于管涌形成和發(fā)展規(guī)律的細(xì)觀理論模型，利用并開(kāi)發(fā)PFC2D軟件對(duì)管涌形成與發(fā)展過(guò)程中土顆粒的移動(dòng)規(guī)律進(jìn)行細(xì)觀仿真模擬。結(jié)合堤防工程的管涌險(xiǎn)情實(shí)例進(jìn)行分析研究，為管涌險(xiǎn)情的預(yù)測(cè)和治理提供參考意見(jiàn)。本研究成果對(duì)防洪減災(zāi)具有重要意義。 2100433B

本項(xiàng)目的研究旨在加筋土體模型試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，利用數(shù)字圖像細(xì)觀量測(cè)與處理技術(shù)，結(jié)合顆粒流數(shù)值仿真模擬和離心機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證相融合的技術(shù)，從細(xì)觀層面揭示土工合成材料與土界面的宏細(xì)觀的內(nèi)在機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容包括：（1）通過(guò)觀察模型試驗(yàn)中加筋體與鄰近土顆粒間和剪切破壞帶在荷載傳遞過(guò)程中土體顆粒微細(xì)觀的變化，揭示土工合成材料與土界面的宏細(xì)觀規(guī)律（2）采用非圓形顆粒，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行細(xì)觀數(shù)值模擬，建立土體和加筋材料接觸面細(xì)觀數(shù)值模型，獲取相應(yīng)的細(xì)觀參數(shù)。研究土工合成材料與土相互作用細(xì)觀與宏觀力學(xué)之間的關(guān)系。（3）對(duì)加筋土離心機(jī)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行顆粒流仿真模擬，分別比較從數(shù)值模擬和離心機(jī)試驗(yàn)得到加筋材料的應(yīng)力應(yīng)變和加筋土體位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)，驗(yàn)證顆粒流仿真模型。本項(xiàng)目研究成果不僅能為加筋界面特性機(jī)理的研究提供新的思路，而且還能為加筋土工結(jié)構(gòu)滑移、破壞與穩(wěn)定分析等實(shí)際工程提供細(xì)觀力學(xué)解釋。 2100433B