松散堆積體滑坡與抗滑樁相互作用細(xì)觀機理項目摘要

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)展演化過程，可以為抗滑樁設(shè)計與優(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)。本項目擬選取典型松散堆積體滑坡抗滑樁治理工程為重點研究對象，結(jié)合詳細(xì)的野外地質(zhì)調(diào)查和監(jiān)測資料，科學(xué)分析重點堆積層滑坡體變形破壞機制，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，實現(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)場模型實驗的基礎(chǔ)上，開展土石混合體真實力學(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)展演化過程，可以為抗滑樁設(shè)計與優(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)。本項目擬選取三峽庫區(qū)典型松散堆積體滑坡抗滑樁治理工程為重點研究對象，分析了奉節(jié)生基包堆積層滑坡體變形破壞機制；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，實現(xiàn)了不同類型顆粒幾何形態(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，材料的峰值抗壓強度直接受控于顆粒的粘結(jié)強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)試驗和數(shù)值模擬散體材料和抗滑樁相互作用機理方面，采用離散元的方法對非連續(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）以及樁間距對樁后土拱形成、演化、破壞的力學(xué)機制；同時，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，彎矩和剪切力也會隨之減小，彎矩與剪切力的峰值位置略高于滑動面位置。對不同模式的模型檢驗表明，嵌巖樁長比大于臨界值時，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，各樁的承載區(qū)增大，其最大彎矩值和剪切力會增加，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)機理。

本項目利用先進(jìn)的數(shù)碼攝像可視化跟蹤技術(shù)和數(shù)字信息計算機實時處理技術(shù)，進(jìn)行堤壩的滲透模型試驗，攝錄土顆粒的移動軌跡，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程的細(xì)觀力學(xué)機理。建立關(guān)于管涌形成和發(fā)展規(guī)律的細(xì)觀理論模型，利用并開發(fā)PFC2D軟件對管涌形成與發(fā)展過程中土顆粒的移動規(guī)律進(jìn)行細(xì)觀仿真模擬。結(jié)合堤防工程的管涌險情實例進(jìn)行分析研究，為管涌險情的預(yù)測和治理提供參考意見。本研究成果對防洪減災(zāi)具有重要意義。 2100433B

本項目的研究旨在加筋土體模型試驗研究的基礎(chǔ)上，利用數(shù)字圖像細(xì)觀量測與處理技術(shù)，結(jié)合顆粒流數(shù)值仿真模擬和離心機試驗驗證相融合的技術(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)在機理。主要研究內(nèi)容包括：（1）通過觀察模型試驗中加筋體與鄰近土顆粒間和剪切破壞帶在荷載傳遞過程中土體顆粒微細(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，通過對試驗結(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）對加筋土離心機試驗過程進(jìn)行顆粒流仿真模擬，分別比較從數(shù)值模擬和離心機試驗得到加筋材料的應(yīng)力應(yīng)變和加筋土體位移場、應(yīng)力場，驗證顆粒流仿真模型。本項目研究成果不僅能為加筋界面特性機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)定分析等實際工程提供細(xì)觀力學(xué)解釋。 2100433B