Expansive soil landslides are prone to frequent disasters due to the expansion, cracking, and over-consolidation characteristics of expansive soil. However, traditional analysis methods cannot adequately reflect the progressive failure characteristic of expansive soil slopes, and effectively estimate the first sliding area. To better understand the disaster characteristics of expansive soil slopes and quantify the phased disaster scale, based on the change of the tangential force direction at the bottom of some soil strips caused by water swelling of expansive soil, the upper and lower bound solutions of the first sliding area of slope are analyzed. The sliding trend critical point of expansive soil slope is strictly derived using the Morgenstern-Price static equilibrium analysis method. A case study is used to illustrate the calculation and analyze the influence of shear strength on the upper solution and lower solutions. The results show that partial and progressive failure may still occur on expansive soil slope under the influence of expansion although they are determined to be stable by classical analysis methods. The upper bound solution of the first slip area is less affected by the effective shear strength, while the influence of residual shear strength on the lower bound solution is particularly significant. The upper bound solution and its change rate decrease with the increase of effective cohesion and effective internal friction angle, while the lower bound solution and its change rate increase with the increase of residual internal friction angle and residual cohesion. In addition, the stability of expansive soil slope can be determined based on the relationship between the upper and lower limit solutions. This study provides the basic information for evaluating disaster scales and designing prevention and control measures for expansive soil landslides.

硬质岩体危岩的突发性破坏本质是岩体的脆性断裂破坏.以重庆市万州区太白岩危岩为例,将危岩后缘卸荷裂隙的扩展贯通简化为半无限大板的边缘裂纹断裂问题,建立了卸荷结构面接触与非接触的裂纹断裂力学模型,推导了 Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹应力强度因子以及联合应力强度因子表达式,并基于数值模拟手段提出了危岩结构面正应力与剪应力确定方法.万州太白岩危岩W10断裂破坏分析结果表明:危岩崩塌失稳受控于岩腔的深度,岩腔深度加大,后缘卸荷裂隙扩展,其力学机制根据岩腔深度变化表现为拉破坏和拉剪破坏;对于危岩W10,裂纹联合应力强度因子随岩腔深度的增大表现出先增加后降低再增大的趋势,1型裂纹断裂应力强度因子具有与联合应力强度因子相同的变化特征;岩腔深度3～6 m以及9～10 m内,危岩裂纹主要为拉应力集中状态;岩腔深度6～9 m时,危岩裂纹处于拉剪应力状态;当岩腔深度为3.8 m时,危岩W10发生拉剪断裂破坏,断裂扩展角为 29.5°.

采用双掺氯乙烯-乙烯-乙烯醚乳液(PTB乳液)与橡胶颗粒对水泥砂浆进行改性,通过正交试验研究了不同聚灰比、水灰比及减水剂、橡胶颗粒掺量对水泥砂浆抗折强度、抗压强度、折压比、黏结强度和抗渗性的影响.结果表明:抗折强度与抗压强度随聚灰比、水灰比及减水剂、橡胶颗粒掺量变化而变化的规律较为一致,而折压比随着橡胶颗粒的增加而增加,但随着聚灰比、水灰比及减水剂掺量的增加而先增加后减小;黏结强度随聚灰比及水灰比的增加而降低,随减水剂的增加而增加,而随橡胶颗粒含量的变化无明显变化规律;橡胶颗粒的掺入,使砂浆抗渗性明显降低,而少量的PTB乳液即可明显改善其抗渗性.

在降雨条件下,非饱和膨胀土边坡内部土水状态不断发生变化,易导致边坡稳定性降低,进而诱发滑坡灾害或边坡失稳.针对格构梁防护非饱和膨胀土边坡在降雨条件下的滑移变形及其整体稳定性,基于ABAQUS有限元软件和湿度场理论构建了同时考虑吸湿膨胀效应和降雨软化效应的三维格构防护边坡稳定性的数值分析模型.结果表明:非饱和膨胀土边坡处于降雨条件下的破坏模式为浅层牵引式破坏,滑移区域出现在浅表层;考虑吸湿膨胀效应前后边坡的稳定性具有显著差异,表明降雨作用后的软化、膨胀效应是影响膨胀土边坡稳定性的重要因素.

抗滑短桩是滑坡常用的治理措施之一,应用较为广泛,但其承载机理尚不清晰.采用FLAC3D模拟程序建立不同长度抗滑短桩加固滑坡的数值模型,分析滑坡模型变形特征以及抗滑短桩受力特性,进一步揭示抗滑短桩加固滑坡的受力特性.研究结果表明:(1)不同长度的抗滑短桩可显著提高滑坡的整体稳定性;(2)随着抗滑短桩桩长的增加,桩身受力趋于均匀,桩-土协同作用增强,滑体最大位移逐渐降低,但降低速率减小;(3)自由段桩长与滑体厚度比值<0.6时,滑坡出现"越顶"破坏现象;(4)建议抗滑短桩的自由段长度与滑体厚度比值取为0.7～0.9.

针对4种极端降雨工况下泥石流威胁范围和存在的潜在风险,以单个建筑物作为评价单元,对西藏察雅县城麦多泥石流灾害进行风险评价,包含泥石流危险性分区、易损性分析和风险评价3方面主要内容.文中阐述了整个精细化风险评价的流程:首先基于实地获取的无人机三维地质模型,利用FLO-2D软件模拟麦多沟在4种极端降雨工况下(10％、5％、2％、1％)泥石流暴发过程,对其潜在威胁区进行危险性分区;基于实地走访调查所得数据,进行影响范围内建筑物和人口的易损性分析;将危险性和易损性归一化处理,以单个建筑物作为评价单元,经过ArcGIS平台叠加运算,最终得到研究区建筑物风险和人口风险分区.评价结果可为当地地质灾害、风险管控工作提供科学参考依据,评价流程对今后泥石流灾害的精细化定量风险评价有一定的借鉴意义.

扩大头锚杆技术作为一种经济有效的支护方式,被广泛应用于工程建设中,其承载性能优良,在工程地质条件较差、对变形控制要求高的实际工程中发挥着重要作用,然而,目前还没有对这一类型锚杆做过全面系统的梳理.从扩大头锚杆类型、适用性、承载特性、破坏模式、参数选取5个方面综述了近年来扩大头锚杆的主要研究成果,得到如下认识:新型扩大头锚杆的类型较多,大部分不依赖扩孔技术,施工便捷,但新型扩大头锚杆的适用范围相对较窄,一般仅适用于软土地层.常规扩大头锚杆的适用性相较于普通锚杆要广泛,在软弱土地层中也能发挥较好的支护效果,但在黄土、膨胀土和冻土等特殊土地层中的适用性还有待研究.极限承载力是扩大头锚杆承载特性方面的核心内容,但已有理论存在经验值过多、经验系数取值范围大、计算公式尚未形成统一认识的缺陷,同时关于扩大头锚杆轴力、剪应力的研究仍属于扩大头锚杆承载特性的研究空白区.对于扩大头锚的破坏模式,已有研究多是对试验现象的阐述说明,缺乏对现象背后力学机理的解释.扩大头锚杆本身具备较多的可研究参数,目前研究主要集中在扩大头长度和直径,缺乏如扩孔段数、锚固角等各参数以及参数之间的组合研究.

以Bishop条分假设为出发点,基于Mohr-Coulomb塑性本构关系,建立直角坐标下膨胀土边坡稳定性计算模型.基于滑面为圆弧的假设,计算所有潜在滑面相应的安全系数,以此获得了最小安全系数,进而确定了最危险滑面半径及圆心位置.然后,依据Bishop法所得的最危险滑面半径和圆心坐标,推导极坐标下最危险滑面方程.结合能量守恒思想,引入径向条分法对圆弧面进行划分,基于虚位移原理分析了坡体重力势能以及滑面摩擦力、黏聚力、膨胀力产生的耗散功,据此确定径向条分能量法下膨胀土边坡安全系数.最后,通过算例与传统Bishop条分法进行对比,发现两者所预测的边坡稳定性系数随膨胀力的变化趋势一致,并通过有限元方法进行了对比验证;径向条分能量法有望为膨胀土边坡稳定性分析提供数据积累和方法依据.

为了验证锚索预应力修复加固变形抗滑桩机制,在大型野外模型试验的基础上,对模型试验进行了数值分析.数值分析结果表明,数值模拟与模型试验结果较为吻合,预应力锚索的施加可有效控制变形抗滑桩桩顶位移,降低桩身弯矩,提高抗滑桩承载能力,从而达到加固变形抗滑桩的目的,验证了锚索预应力修复加固变形抗滑桩机制.讨论结果表明:采用锚索预应力修复加固变形抗滑桩存在预应力上限值,此上限值随滑坡推力的增加三次抛物线降低,随桩顶位移的增大负指数降低,随距桩顶位置增加近似线性降低;在滑坡推力作用下,桩后土压力为正三角形分布,在预应力锚索修复荷载作用下,呈现为折线型分布.研究成果对于变形抗滑桩的修复加固工程设计具有指导意义.

Scouring below the check dam is a doomed consequence after the upstream reservoir is fully deposited by debris. With the boulders crashing and debris flow scouring, apron, auxiliary dam or submerged dike which is commonly used as an erosion-control below the dam is gradually damaged. In the meantime, a scoured pit is formed and expanded, causing exacerbated headward erosion to the foundation of the dam, and easily inducing a toppling failure to the dam. In order to solve this problem, this paper puts forward an application of small caliber steel pipe piles to reinforce the foundation of check dam and prevent it from scouring by debris flow. The principle is that the small caliber steel pipe piles are embedded in the debris deposit at the front side of the dam toe, and the cement slurry is also injected into the pipe piles, to penetrate into the loose debris between the piles and bond the pipe piles and the debris deposit together. Through these steps, a consolidation body with a stronger anti-scour ability is formed, preventing the dam foundation from the headward erosion by debris flow and ensuring its safe running. By means of theoretical analysis and laboratory test, 4 key parameters of embedding location, pile depth, spacing between piles and layout arrangement are determined for the technical method design. Finally, an engineering project is carried out in the Yongjiagou debris flow valley in Mianzhu City, validating that this technical method has a good reinforcing effect. It is hoped that this will provide a reference for the erosion-control design for check dams in the future or for the rehabilitation and reinforcement in the maintenance stage.

通过开展植筋技术用于格梁缺陷加固的模型试验研究,分析了植筋技术加固前后格梁随着荷载的增加,内力和弯矩的变化情况,结果表明:滑坡推力作用在植筋层和格梁复合体上时,二者并不是同时受力,植筋层先于格梁受力,植筋层所承受的荷载分担比约为78％;经过植筋技术加固缺陷格梁后,配筋受力得到改善,加固后配筋最大应力比加固前降低了36.5％;植筋技术加固后缺陷格梁弯矩明显降低,为加固前的20％～30％,说明植筋技术加固缺陷格梁效果显著.

抗滑桩承受荷载的过程伴随着桩身结构的损伤累积,为了获得抗滑桩损伤演化情况,基于Najar损伤理论推导了随应变变化的损伤因子表达式,建立了抗滑桩受拉、压荷载作用下的混凝土损伤模型.将该损伤模型嵌入至Abaqus/CAE模拟程序自带的混凝土塑性损伤模型中,分析了二郎山1#滑坡抗滑桩损伤情况,得出如下结论,采用文中构建的拉、压损伤模型模拟得出的桩顶水平位移为30.3cm,与现场观测的桩后裂缝宽度数据相吻合,得出滑坡推力增大是导致二郎山1#滑坡抗滑桩产生大变形的直接原因;抗滑桩在产生大位移过程中受压损伤值较小,桩身未发生压破坏;抗滑桩在产生大位移过程中靠近滑坡一侧滑面位置的拉损伤较为严重,并产生了拉破坏,损伤区域达到截面面积的3/4,是抗滑桩工程修复亟需关注的位置.

施加预应力锚索是修复含微裂纹抗滑桩最重要的手段之一.为了探讨施加预应力锚索修复含微裂纹抗滑桩的可行性以及修复过程中抗滑桩变形破坏特征,采用大型物理模型试验对预应力锚索修复含微裂纹抗滑桩进行了研究.试验结果表明,施加预应力锚索修复含微裂纹抗滑桩可提高抗滑桩承载储备能力;滑坡荷载-桩顶位移曲线可分为挤密、线弹性变形与破坏3个阶段;滑坡荷载下桩体在滑面附近位置发生破坏,破坏具有突发性;预应力荷载下抗滑桩在锚索孔位置产生拉破坏,并伴随滑面位置裂纹的扩展;滑坡荷载下桩后土压力呈三角形分布,施加预应力荷载后土压力呈倒梯形分布;锚索预应力的施加降低了弯矩峰值,但最大弯矩位置向锚索孔位置以及滑面附近位置转移,该2处位置是采用预应力锚索修复抗滑桩的薄弱部位.研究成果对于预应力锚索修复含微裂纹抗滑桩技术的推广应用以及抗滑桩修复工程的设计具有指导意义.

施加预应力锚索是修复大变形抗滑桩工程常用的技术之一,而锚索预应力的计算是修复工程设计的关键.基于弹性桩基本理论定义“大变形抗滑桩”概念,界定抗滑桩修复工程中锚索预应力上、下限值对应的桩顶位移状态;以修复上、下限状态的桩顶位移为设计目标,将抗滑桩自由段假定为悬臂梁,嵌固段假定为弹性地基梁,利用桩-索位移变形协调条件,分别推导锚索预应力上、下限值表达式,并将所提计算方法应用于预应力锚索修复大变形抗滑桩模型试验.结果 表明:采用所提计算方法与模型试验获得的锚索预应力上、下限值误差仅6％,施加预应力锚索改善了大变形抗滑桩桩身受力性能,修复效果较好,验证了此方法的合理性.现场工程应用表明:某特大滑坡大变形抗滑桩桩顶位移得到有效遏制,抗滑桩工程处于稳定状态,进一步印证了所提方法的正确性.

针对目前预应力锚索修复抗滑挡墙缺陷理论研究落后于实践的现状,基于野外大型物理模拟试验,监测修复全过程中的位移、土压力及预应力变化,探索预应力锚索、抗滑挡墙及土体相互作用机制.试验表明,当挡墙整体倾斜时,土压力沿墙身呈三角形分布;施加预应力修复时,土压力在锚点附近变化较快;二次加载过程中,预应力锚索从预应力损失过程到被动受力过程,发挥修复加固的作用,整个模型不产生较大变形.通过假定挡墙倾斜土压力分布形式,推导了抗滑挡墙倾斜时的土压力计算公式,建立了预应力锚索修复抗滑挡墙缺陷设计流程及力学设计方法;并探讨了数值计算方法.

为解决抗滑短桩加固滑坡体理论研究不满足工程应用需要的现状,本文采用基于快速拉格朗日算法的FLAC3D软件,对桩长变化的抗滑短桩加固碎石土滑坡全过程进行三维有限元模拟,通过分析滑体位移、应力、抗滑短桩位移和桩身弯矩的变化规律,研究抗滑短桩的受力变形特性及桩土相互作用机理.研究表明:经抗滑短桩加固后的滑坡,稳定性显著提高;随着桩长增加,桩后应力分布越均匀,抗滑短桩与桩周土体的整体性越好,滑体最大位移逐渐减小,有效抑制滑体位移;当桩长小于60 cm时,滑体出现"越顶"现象,在楔形体前缘顶部形成了贯通滑动面,且发生较小范围的失稳破坏;当桩体自由段与滑体厚度比值为0.52～0.59时,加固效果最理想.研究结果对抗滑短桩加固滑坡体的抗滑机理予以补充.

The stress deformation characteristics of micropile and the transmission law of a landslide are studied through three groups of experiments of different piles spacing under three rows of a micropile reinforcement debris landslide.The test results show that the landslide thrust and pile bending moment gradually increases from top to bottom in the direction of the buried depth of the pile.When the spacing between piles is 5d,the interaction effect between pile and soil is the best,the displacement of the top of the pile is minimum,and the thrust of the landslide is the most reasonable.When the landslide thrust transfer coefficients α and β are in (0.54,0.71) and (0.27,0.49),respectively,the micro pile can withstand landslide thrust the greatest and skid is better.

格构锚固是边(滑)坡工程常用的防治技术之一,长期服役的格构梁通常会产生局部破损的现象,影响边(滑)坡长期稳定性,而贴附碳纤维布是修复格构梁缺陷最行之有效的手段.采用室内模型试验槽填筑黏土方式模拟滑坡体,设计相似比为1:10的格构梁,通过千斤顶施加滑坡推力,开展碳纤维布用于格构缺陷修复技术的模型试验,监控格构梁后部土压力、格梁应力、格梁位移等参数,分析碳纤维布修复前后格构梁和碳纤维布两者的荷载分担比、钢筋应力改善情况和格梁弯矩的前后变化规律.试验数据分析表明,碳纤维布和格构梁荷载分担比得到了改善,滑坡推力作用在碳纤维布和格构梁复合体时,碳纤维布先于格构梁受力,并且受力远远大于格构梁,碳纤维布所承受的荷载分担比约为83％;格梁破坏首先为受拉破坏,然后为受压破坏;模型试验中,在钢筋表面粘贴了应变片,监测到钢筋的应变情况,碳纤维布修复后钢筋受力得到改善,修复后的最大钢筋应力比修复前降低了8倍多;对修复前后,格构梁弯矩变化进行了研究,碳纤维布修复后格梁弯矩显著降低,约为修复前的1/10-1/3.鉴于以上研究结果,说明碳纤维布用于修复、加固缺陷格构梁工程效果显著.