近年來邊坡破壞研究的一個主要方向逐漸演化為非連續(xù)變形數(shù)值分析問題,在散粒體單元、接觸單元逐步深入的基礎上,研究人員相繼提出了離散單元法、DDA法和數(shù)值流形法等,這些分析方法有力地推動了邊坡穩(wěn)定分析研究工作。其中,研究巖質邊坡破壞的DDA法自提出以來,由于其在方程求解、接觸問題和可視化等方面具有優(yōu)勢,得到了一些研究者的深入開發(fā)與模擬,用其模擬多質點巖體的滾動、碰撞、傾倒和滑移更加符合試驗和現(xiàn)場觀測現(xiàn)象。
作者及其團隊成員,充分利用援藏的機會,結合青藏高原,尤其是藏東南地區(qū)多滾石災害特征開展系列研究工作。《巖質邊坡滾石機理與非連續(xù)變形分析》較系統(tǒng)地介紹了作者團隊的新的研究成果,包括邊坡失穩(wěn)和崩塌滾石運動特征、能量轉化、沖擊破壞能力及致災方量理論等,揭示邊坡失穩(wěn)和崩塌滾石運動機理及規(guī)律。全書分為四部分:第一部分介紹邊坡滾石研究現(xiàn)狀、3DDDA基本原理及接觸模型改進;第二部分基于3DDDA方法開展巖質邊坡破壞機理、滾石平臺防護作用及樹木阻擋效應研究;第三部分開展邊坡塊體系統(tǒng)失穩(wěn)室內試驗與滾石運動特征室外試驗;第四部分分析西藏自治區(qū)G318國道K4580典型工程滑坡和崩塌滾石的全過程及現(xiàn)象。
李俊杰,1963年11月生,吉林四平人,河海大學教授,博士生導師。1991年12月大連理工大學博士畢業(yè)并留校任教;1997年8月晉升教授,2018年12月到河海大學工作;主要從事高壩靜動力數(shù)值分析、邊坡穩(wěn)定與可靠度分析、工程結構物健康診斷與監(jiān)測、計算智能及其工程應用等方向研究工作;2016年8月一2019年7月作為中組部、教育部第八批援藏干部赴西藏大學,在藏期間開展山地災害調查與防災減災研究工作。劉國陽,1989年12月生,遼寧葫蘆島人,工學博士,沈陽工業(yè)大學副教授,碩士生導師;主要從事巖質邊坡非連續(xù)變形分析方法與試驗研究。近年來,主持和參與國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等國家級項目5項,省部級科研項目4項:發(fā)表學術論文20余篇,大會及分會場報告6次;獲軟件著作權2項,授權專利6項;獲省部級一等獎1項。
巖質邊坡滾石問題是土木工程、水利工程和交通工程中一個十分重要的問題,國內外一直重視對它的研究。這不僅具有重要的學術意義,也因其在土木、水利與交通等工程建設中的危害較大,有重大的現(xiàn)實意義,特別是在我國西部廣大地區(qū),地質災害十分頻繁,在大型土木工程設計、施工和運營管理中都會遇到邊坡滾石問題,因此,巖質邊坡滾石機理研究是解決工程實際問題的前提。邊坡崩塌滾石是僅次于滑坡的地質災害。邊坡上危巖體受三維空間結構面切割,在重力、風化、地震、滲透壓力等外力作用下從母巖分離,形成滾石。同時邊坡的變形失穩(wěn)、運動、發(fā)展、破壞,又是一種典型的非連續(xù)塊體系統(tǒng)大位移和大變形動力問題,存在著復雜形狀塊體與復雜地形坡面間的接觸變換。因此,準確描述滾石運動過程,掌握滾石運動規(guī)律和控制方法,是研究人員近年十分專注的工作。
近年來邊坡破壞研究的一個主要方向逐漸演化為非連續(xù)變形數(shù)值分析問題,在散粒體單元、接觸單元逐步深入的基礎上,研究人員相繼提出了離散單元法、DDA法和數(shù)值流形法等,這些分析方法有力地推動了邊坡穩(wěn)定分析研究工作。其中,研究巖質邊坡破壞的DDA法自提出以來,由于其在方程求解、接觸問題和可視化等方面具有優(yōu)勢,得到了一些研究者的深入開發(fā)與模擬,用其模擬多質點巖體的滾動、碰撞、傾倒和滑移更加符合試驗和現(xiàn)場觀測現(xiàn)象。
作者及其團隊成員,充分利用援藏的機會,結合青藏高原,尤其是藏東南地區(qū)多滾石災害特征開展系列研究工作。本書較系統(tǒng)地介紹了作者團隊的新的研究成果,包括邊坡失穩(wěn)和崩塌滾石運動特征、能量轉化、沖擊破壞能力及致災方量理論等,揭示邊坡失穩(wěn)和崩塌滾石運動機理及規(guī)律。本書分為四部分:第一部分介紹邊坡滾石研究現(xiàn)狀、3DDDA基本原理及接觸模型改進;第二部分基于3DDDA方法開展巖質邊坡破壞機理、滾石平臺防護作用及樹木阻擋效應研究;第三部分開展邊坡塊體系統(tǒng)失穩(wěn)室內試驗與滾石運動特征室外試驗;第四部分分析西藏自治區(qū)G318國道K4580典型工程滑坡和崩塌滾石的全過程及現(xiàn)象。
本書是在國家自然科學基金項目“高陡巖質邊坡破壞接觸模型與三維DDA數(shù)值模擬研究”“大型節(jié)理巖質邊坡失穩(wěn)破壞機理三維DDA方法與試驗研究”和西藏大學學科建設項目“高原重大基礎設施與環(huán)境實時在線監(jiān)測技術、安全評價及環(huán)境工程控制”資助下完成的。作者的研究工作得到大連理工大學和西藏大學的大力支持。作者要特別感謝石根華教授、彭校初教授級高級工程師對作者的研究工作給予的十分具體的指導和把關;感謝康飛副教授、葉唐進副教授和薄霧講師,他們對研究工作的推進給予有力支持;感謝研究生趙鵬輝、王壯壯、楊富豪、李光、靳遠成等,他們身體力行地在高原缺氧環(huán)境下進行現(xiàn)場試驗各環(huán)節(jié);最后感謝同批援藏的西南交通大學出版社黨支部覃維書記,他策劃和實施了此項“第三極科技文庫”項目,為援藏的科技工作者提供了發(fā)表成果的機會。
李俊杰,1963年11月生,吉林四平人,河海大學教授,博士生導師。1991年12月大連理工大學博士畢業(yè)并留校任教;1997年8月晉升教授,2018年12月到河海大學工作;主要從事高壩靜動力數(shù)值分析、邊坡穩(wěn)定與可靠度分析、工程結構物健康診斷與監(jiān)測、計算智能及其工程應用等方向研究工作;2016年8月-2019年7月作為教育部第八批援藏干部赴西藏大學,在藏期間開展山地災害調查與防災減災研究工作。
劉國陽,1989年12月生,遼寧葫蘆島人,工學博士,沈陽工業(yè)大學副教授,碩士生導師;主要從事巖質邊坡非連續(xù)變形分析方法與試驗研究。近年來,主持和參與國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等國家項目5項,省部級科研項目4項:發(fā)表學術論文20余篇,大會及分會場報告6次;獲軟件著作權2項,授權專利6項;獲省部級一等獎1項。
1 緒論
1.1 引言
1.2 滾石成因機制及失穩(wěn)啟動模式
1.3 滾石運動特征及研究方法
1.4 滾石災害評價及防護方法
1.5 非連續(xù)變形分析(DDA)方法研究
1.6 本書主要特色
2 三維非連續(xù)變形分析方法
2.1 塊體位移和變形
2.2 總體平衡方程
2.3 三維單純形積分
2.4 三維接觸處理
2.5 三維DDA數(shù)值實現(xiàn)
3 三維接觸模型
3.1 塊體大轉動模型
3.2 塊體臨界滑動模型
3.3 塊體碰撞接觸模型分析
3.4 塊體基本運動三維DDA驗證分析
4 巖質邊坡破壞機理
4.1 巖質邊坡破壞模式
4.2 考慮慣性分量的失穩(wěn)模型
4.3 傾倒分析的進一步工作
4.4 邊坡失穩(wěn)模型與力學機理
4.5 山坡巖體失穩(wěn)破壞分析
4.6 工程實例
5 邊坡滾石平臺防護作用
5.1 邊坡滾石重要研究指標
5.2 滾石動能與軌跡驗證分析
5.3 滾石平臺防護作用算例分析
5.4 工程實例
6 邊坡滾石樹木阻擋效應
6.1 考慮樹木阻擋效應的滾石運動
6.2 樹木阻擋滾石模型輸出
6.3 樹木阻擋滾石算例分析
6.4 工程實例
7 邊坡塊體系統(tǒng)失穩(wěn)室內試驗
7.1 室內試驗材料
7.2 室內試驗平臺系統(tǒng)
7.3 室內試驗工況及結果分析
8 邊坡滾石運動特征室外試驗
8.1 室外試驗場地與滾石選擇
8.2 雙目立體視覺滾石試驗系統(tǒng)
8.3 校園邊坡試驗工況及結果分析
8.4 現(xiàn)場邊坡試驗工況及結果分析
9 西藏G318國道K4580典型邊坡滑坡及崩塌滾石分析
9.1 工程概況
9.2 邊坡三維DDA模型
9.3 大型滑坡分析
9.4 巨石崩塌分析
9.5 大型崩塌分析
主要參考文獻