限定性条件范文（精选11篇）
限定性条件 第1篇
在上个世纪五十年代, 我国就已经进行过沉陷现场观测工作的模拟研究。虽然, 采矿沉陷的预报方法已经随着社会的进步和科学的发展逐渐变得完善, 但是, 采矿的岩层移动和地表沉陷都是不可逆的, 会给生态环境带来巨大损失, 因此, 岩层移动和地表沉陷的预测和防治, 仍然需要更深入的研究。
矿产资源开采是我国民生支柱产业, 开采的范围较广, 涉及到的矿产资源种类也十分繁多, 各种复杂的地质条件使岩层移动和地表的沉陷也变得更为复杂, 若无法精确地预测地表移动角和沉陷角, 就会导致矿山的开采和建设规划出现不合理的现象, 这种情况会给居民的经济造成巨大损失, 从而影响到矿产资源的正常开采和生产。在这种情况下不难看出, 进行复杂条件下的地下采矿的稳定性的研究是十分具有现实意义的。
2 复杂条件下地下采矿的稳定性分析
地下矿产的过度开采会导致岩层的移动和严重的地表沉陷。而移动和沉陷会由矿产资源的采空区逐渐蔓延到岩层以上, 直至地表。因此, 若想准确的预测和防治岩层移动和地表沉陷, 保障地下采矿的稳定性, 就必须先规划岩层的移动机理, 对采矿区域进行综合性的探测和分析。运用现代的科学技术对地面岩石和泥土的裂缝与塌坑进行探测, 充分了解容易发生变形和沉陷的岩石分布情况, 从而有效预测与防治岩石的移动和地表的沉陷。目前, 国际上预测岩石移动和地面沉陷的技术主要为雷达探测。
2.1雷达探测技术概述
雷达探测技术为采矿业内比较常用的技术之一。一般雷达技术都是采用剖面测量的方式来实现的。雷达探测的最大深度约为50m。检测结果表明, 一般潜在岩石移动和地面沉陷危险的区域与其它区域相比反射波较长, 且以垂直方向密集地向下方不断延伸。但雷达探测也只是一个粗略地估计, 并不能将探测的结果更加精确化, 有时会与实际裂缝深度和岩石情况相去甚远, 其劣势就在于只能接受反射波, 在不能将反射波投放到地面上的“死角”部分就会无法勘测, 且雷达探测容易受到各种自然因素的干扰, 从而影响探测的效果。雷达探测的波长较为均匀, 波动的幅度较弱, 雷达探测结果十分均匀平稳, 断定此区域的地表为整体结构, 较为安全, 不易发生岩石移动和地表沉陷等事故。
3 案例分析
下面笔者以我国的采矿工程为例, 对复杂条件下地下采矿的稳定性进行分析。
工程位于我国河北省的东南地区, 主要采集矿石类型为铁矿, 主要探测点为地表变形程度的观测。
准备工作:使用加拿大生产的EKKO-IV雷达探测仪, 利用剖面测量的方式, 使用两种频率, 一为100MHz频率, 发射雷达波长和接受天线之间的距离为2m, 中间点距为0.5m;二为50MHz。发射雷达波长和接受天线之间的距离为1m, 中间点距为0.25m, 发射的冲锋电压为1000V, 采样的视窗为1000ns, 叠加的次数为132次。测量区域的地表设置两天剖线, 选择两个剖面, 分别为A-a剖面和D-d剖面, 对两条剖面进行测量。测量如图1。
由图1可知, 雷达探测的结果明显, 特征异常, 对于空间位置的测定十分准确。D-d剖面的90-130m出的空间以及岩石的形态存在异常, 且波动较大, 可能存在岩石移动和地表沉陷的潜在危险。而其它区域的波形显示的形状较宽, 且波动不大, 分布较为均匀, 表示区域内的岩石结构为整体, 不易发生岩石移动和地表沉陷, 且不会有岩石移动和地表沉陷的潜在危险。
雷达探测的结果表明, 此区域内发生岩石移动和地表沉陷的概率较小, 但是发生岩石移动和地表沉陷的风险依然存在, 因此, 应该提高采矿过程中的安全系数, 减少采矿中过程中的风险, 从而有效预防和防治岩石移动和地表沉陷的危险。
4 结语
总而言之, 对于岩石移动和地表沉陷应采取严谨的态度, 尤其在山川和丘陵地带, 更应该对矿石进行科学合理地开采, 对于岩石移动和地表沉陷的危险应该及早预测和防治, 避免岩石移动和地表沉陷给采矿工程带来的损失, 保护生态环境和采矿工人的生命安全, 为我国的经济和社会的发展提供更多动力。
参考文献
[1]陈陆望, 孙瑞, 白世伟, 冒海军, 刘金龙.近地表倾斜矿体开采地表及覆岩变形破坏模拟[J].采矿与安全工程学报, 2014 (02) .
[2]杜金宝, 赵光明.复杂条件下地下开采地表移动变形的Fuzzy测度分析[J].煤矿安全, 2012 (11) .
[3]meng long, by the king, Lv Baoping, Zhao Fei.Yantai muping a gold surface collapse characteristics and prevention countermeasures study[J].Journal of green science and technology, 2015 (04) .
限定性条件 第2篇
本文针对粘性气体中的粘性不可压缩液体射流的`分裂与雾化过程边界条件,进行了扰动分析,并对其进行线性化及无量纲化,得到了射流扰动控制方程无量纲线化边界条件.最后对射流分裂与雾化过程的不稳定性做了数值分析,其结果与实际观测到的射流边界面变化规律一致.
作 者：严春吉 解茂昭 YAN Chun-ji XIE Mao-zhao 作者单位：严春吉,YAN Chun-ji(大连海事大学轮机工程学院,大连,116026;大连理工大学能源与动力工程学院,大连,116023)
解茂昭,XIE Mao-zhao(大连理工大学能源与动力工程学院,大连,116023)
同分异构体限定条件的解读与应用 第3篇
摘要：限定条件同分异构体的书写是近年化学高考的热点，同分异构体的限定条件可从性质、结构、数量三个方面进行解读。在正确解读同分异构体限定条件的前提下，可根据物质的性质、结构及有关数量间的相关性和匹配性，先确定同分异构体结构中的重要基团，然后将这些基团进行合理组装即可得出符合题意的同分异构体。
关键词：同分异构体；分子结构；有机化学教学
文章编号：1005 - 6629（2015）5 - 0082 - 05
中图分类号：G633.8
文献标识码：B
限定条件同分异构体的书写既可以考查学生对有机官能团结构及性质的熟练程度，又可考查学生的空间想象能力以及对有关数据的判断处理能力，成了近年的高考热点和教研热点。黄爱民、徐文华、朱建兵等老师对书写同分异构体的限定条件进行了归类分析，指出了书写限定条件同分异构体的重要意义，举例说明了书写限定条件同分异构体的教学策略[1、2、3]。笔者将从性质、结构及有关数量三个角度来解渎有关限定条件的信息含义，举例说明书写同分异构体的基本步骤和方法。希望对提高学生阅读理解、吸收、整合、应用化学信息的能力起到有益的作用。
1 从性质角度解读限定信息，书写同分异构体
限定条件同分异构考查突显同分异构考查的化学味，强化结构与性质的联系，强调思维和方法的多元化。利用性质信息与结构特点的相关性和匹配性，通过性质信息推导出结构碎片，继而形成有机物结构。在性质信息解读时要求从官能团性质的共性和特性人手，缩小范围，比较分析、从多个层面综合反映物质的结构信息。常见的性质信息表征为：典型反应、特殊反应和反应类型等形式，解读如表1。
案例1（2014年重庆卷）
的同分
异构体L有如下特征：①遇FeCl3溶液显色，②与足量饱和溴水反应未见白色沉淀产生，③与NaOH的乙醇溶液共热反应，试写出L在反应③所得有机物的可能结构简式为
。（只写一种）
解析：第一步，列出苯环侧链的重要参数：Ω=0（Ω为不饱和度，下同），N（C）=2（N为原子个数，下同），N（O）=1，N（Cl）=3。第二步，解渎限定信息，找出对应基团。①说明有酚羟基；②说明酚羟基的邻位对位都有取代基；③说明Cl相连碳原子的邻位碳上存在β-H。第三步，应用拼接、插入和换位等方法，组装新物质。答案L可能是：
2 从结构角度解读限定信息，书写同分异构体
有机限定条件除了关注性质信息外，结构信息出现的频率也很高。结构信息包括：几何构型、结构对称、连接顺序和相对位置等。常见具体表征形式主要包括：类属信息、同分异构信息及核磁共振氢谱信息。
2.1 有机类属信息解读
限定条件中的类属信息有：有机类属、支链类型、数目位置等。其一般限定考查范围、强调信息解读、追求思维的有序性、有限性和有效性。解读如表2。
2.2 同分异构信息解读
有机限定条件信息常存在同分异构信息，如苯环上的一卤代物有多种，从本质上来看，其反映有机结构中等效氢的相关信息。解渎时首先要关注研究范围，如卤代发生的限定位置可能在苯环、苯环的侧链或其他部位；其次要关注有机结构的对称性和侧链数目。如芳香化合物中苯环上一溴代物数量少时，则有可能是结构高度对称，苯环上氢多为等效；或苯环上取代基数目多，导致能取代的氢原子数目少。解读有序过程为：①侧链取代基数目由少到多，侧链碳链由长到短，由整到散，由中到边。②侧链取代基类型分相同和不同两种情况。③对比苯环上剩余氢原子数与一氯代物同分异构数目，推测有机结构的对称性。如二取代物中一溴代物只有一种的情况，由于苯环上只有4个氢，说明4个氢都是等效的，要求苯环必须要有2个面对称，并且要求侧链二取代基相同。④结合结构对称性，变换侧链取代基位置关系，如二取代基有邻、间、对位置关系；三取代基有邻、偏、均位置关系等。解渎如表3。
案例3（2014年浙江卷）写出同时符合下列条件的B（H3CH2C- -NO2）的所有同分异构体的结构简式_____________。①分子中含有羧基；②'H-NMR谱显示分子中含有苯环，且苯环上有两种不同化学环境的氢原子。
解析：第一步，列出苯环侧链的重要参数：Ω=1，N（C）=2，N（O）=2，N（N）=l。第二步，解渎限定信息，找出对应基团。①说明含有-COOH；②如何解读苯环上只有2种氢原子，这是关键。若苯环有二个不同侧链，则两个基团必须处于对位，对位基团为-NH2和-CH2COOH，或是-CH2NH2和-COOH。若有三个侧链，则必有两个相同侧链处于对称位置，显然不存在。若有4个取代基，必然要求结构不能有对称结构，显然也不存在。第三步，应用拼接、换位等方法组装新物质。答案为：
H2N-
-CH2COOH H2NH2C- -COOH.
2.3 核磁共振氢谱的信息解读
限定条件中核磁共振氢谱重点关注氢原子的种类和数量与结构的关系。核磁共振氢谱有几个峰，说明结构中有几种H原子（即等效氢），具体表现于氢原子连比的个数；峰面积之比代表各种对应H原子个数比（即连比数值）。解渎核磁共振氢谱信息时，在了解H总数条件下，关注连比数和连比值渗透出有机结构的对称性和所含基团信息。核磁共振氢谱信息解渎如表4。
案例4（2014年全国课标I卷）化合物F（H2N- -CH2CH3）的同分异构体中含有苯环的还有多种，其中核磁共振氢谱中有4组峰，且面积比为6：2：2：1的是_________（写出其中一种的结构简式）。
解析：第一步，列出 F苯环侧链的重要参数：Ω=0，N（C）=2，N（N）=1。第二步，解渎限定信息，找出对应基团。同分异构中N（H）=11，核磁共振氢谱峰面积之比6：2：2：1，可判断4种H个数分别为6个、2个、2个、1个。其中6个相同的H可能是2个-CH3处于对称位置，或2个-CH3与同一个原子相连。2个H可能源于-CH2-或处于对称位置上的2个H。第三步，组装结构，形成有机物。答案为：
3 从定量角度解读限定信息，书写同分异构体
有机化学方程式是有机化学的“语言”，有机化学方程式用结构式和反应条件来表示有机物之间的物质变化和数量关系。数据信息也是同分异构的重要限定条件之一，依据数据信息亦可以对反应类型、结构特点、基团类型及基团数量做出初步判断。在分析数据关系时，要善于利用有机反应中的原子守恒、电子守恒、质子守恒等关系。有关的数据信息及其解读如表5。
案例5（2014年广东百校联考）化合物I有如下特点：①与化合物II互为同分异构体；②遇FeCl3溶液不显色；③Imol化合物I与足量银氨溶液反应生成4mol Ag；④Imol化合物I与足量NaOH溶液反应消耗4molNaOH；⑤核磁共振氢谱有4组峰，且峰面积之比为3：2：2：1，写出化合物I所有可能的结构简式：_______________。
解析：第一步，列出苯环侧链重要参数：Ω=2，N（C）=3，N（0）=4。第二步，解渎限定信息，找出对应基团：②说明不含酚羟基；③说明有2个-CHO；④能与NaOH溶液反应的含氧基团有：-OH（酚羟基）、-COOH，-COOR。综合分析数据信息只能是2mol甲酸酚酯结构才会消耗4molNaOH；⑤表明8个H有4种，个数分别是3个、2个、2个和1个，说明结构中有1个- CH3，结构对称性好。第三步，通过拼接、插入和换位等方法组装成新物质。答案为：
参考文献：
[1]黄爱民.对同分异构体书写时限制条件的分析[J].中学化学教学参考，2011，（10）：60～61
[2]徐文华.浅析有限制条件同分异构体引入的意义及解题策略[J]化学教育，2012，（11）：54～56
限定条件下同分异构体的书写技巧 第4篇
一、碳骨架的结构限定
解题技巧1确定残基
根据不饱和度和限定条件确定碳骨架, 用已知分子式或结构减去碳骨架, 所剩残余部分称为残基, 将残基原子拆分出符合限定条件的支链, 将其连接在碳骨架的合理位置上。
例1. (2014·全国卷Ⅰ) F (C8H11N) 的同分异构体中含有苯环的有____种 (不考虑立体异构) , 其中核磁共振氢谱为4组峰, 且面积比为6∶2∶2∶1的是____ (写出其中一种的结构简式) 。
解题技巧2对称技巧
解题技巧3信息转化
核磁共振氢谱中的几组峰, 等同于分子中几种化学环境的氢, 查清氢原子的种类, 运用等效氢法, 即同一碳原子上的氢是等同的, 同一碳原子所连甲基上的氢是等同的, 处于轴线对称位置碳原子上的氢是等同的。—CH3中3个H是一组峰, 当出现3的n倍情况时, 可推断含n个—CH3。
解题技巧4有序组装
确定核心结构是拼接组装的关键, 一般苯环和特定的碳链是母体, 将残余基团按照有序原则和题目要求进行组装。
(1) 分子中有6个碳原子在一条直线上; (2) 分子中所含官能团包括水杨酸具有的官能团。
二、官能团的性质与数量限定
解题思维流程图:
解题技巧1定动技巧
有两个或两个以上的取代基, 要确保不遗漏、不重复。有序固定一个取代基在不同类型的碳原子上 (同一碳原子所连甲基碳是等同的) , 再移动另一取代基, 形成位置异构。苯环有三个取代基, 可将两个取代基分别置于邻、间、对三种位置, 另一个取代基再移动。
解题技巧2分配技巧
含有两个取代基, 按照碳原子总数不变原则, 一增一减有序分配两个取代基的碳原子数。酯基中存在醇与酸的碳原子分配, 苯环所连酯基存在从酚酯到醇酯、从苯甲酸到苯某酸的碳原子分配技巧。
解题技巧3转换拆分
—COOH可以拆成—OH和—CHO或—OH和羰基等, 酚类转变为芳香醇、芳香醚等, 醛转变为酮、烯醇、烯醚、环醚等。
例6. (2016·上海卷) 写出一种满足下列条件的丁醛的同分异构体的结构简式:____。 (已知:双键碳上连有羟基的结构不稳定)
(1) 不含羰基; (2) 含有3种不同化学环境的氢原子。
限定性条件 第5篇
【关键词】地质条件；构造；煤层顶板稳定性
在煤层未采动前，岩体内应力处于平衡状态。采动后岩体的平衡状态受到破坏，造成了围岩变形，回采工作面的顶板下沉和垮落、支架变形和破坏等，给回采工作面的顶板管理造成很大的困难。如何管理好回采工作面的顶板，那么必须从地质条件对煤层顶板的影响进行细致分析和研究，掌握其规律。
1.煤层顶板岩性
岩性是影响煤层顶板稳定性的重要的因素。煤层顶板岩性几乎都是沉积岩层，岩性的不同，其抗压强度也不同。
同一岩性，抗压强度变化的范围很大，同是砂岩，但矿物成分的比例、胶结成分、胶结类型不同，它们的抗压强度显然也不同。岩性在直接顶板分类中起着至关重要的作用。一般地说，泥岩、页岩和砂质页岩之类多为中等稳定顶板，而砂岩则几乎都为稳定顶板。
造成顶板不稳定的岩性往往是薄层的泥质岩。如龙湖矿一采区的36号煤层顶板，为不稳定或为中等稳定顶板。直接顶板岩层的组合形式对稳定程度有很大影响，它是反映顶板整体性的最重要因素，这种组合形式即“复合顶板”。复合顶板一般由下软上硬的不同岩性的岩层组成。由于上、下软硬层的下沉不同步，软层快而硬层慢，从而导致软硬岩层“离层”，有的顶板中间夹有一层煤线或软弱岩层。
有些顶板岩层组合中夹有砂岩透镜体，在这种情况下，透镜体很容易剥离而发生冒落，尤其是透镜体的边缘部位。值得重视的是，许多直接顶板中的薄层的冒落，砂岩的冒落比起泥岩来说都要厉害，往往呈大块岩体下落。
2.煤层顶板厚度
直接顶板的厚度一般为2m左右，但是影响岩体强度的是分层厚度。
层理面其实也是一种弱面，当顶板悬空时，沿层理面易出现离层而发生顶板冒落。层理越发育，其顶板的整体性越差，因而易发生冒落。如页岩的整体性比起厚层状的泥岩就要差得多，前者易破碎，而后者就明显要好些。层面光滑的水平层理比层面粗糙不平的斜层理或波状层理易产生离层，岩性变化形成的层理比由结核等顺层分布所形成的层理更易产生离层。
3.地质构造
地质构造是影响煤层顶板稳定程度的最重要的因素，尤其是小型构造，它的出现可以使顶板岩层的整体性、坚固性遭到完全破坏，其强度大大减弱。需要强调的是，这时岩石越硬，厚度偏大的岩层，其破坏性反而更大。煤矿回采工作面的冒顶事故，有很多都是由于构造，尤其是小断层造成的。
（1）小断层。小断层在顶板中，尤其是脆性岩层的顶板中常常出现。这种落差小于煤厚的小断层，虽然对工作面布置关系不大，但对顶板的稳定性却影响很大。
工作面中出现小断层时，不论是正断层还是逆断层，在断层下盘靠近断层面附近最易冒顶。这时断层面为薄弱面，工作面推进时，使下盘岩层与上盘岩层“离层”而发生冒落。
小断层走向与工作面的推进方向也有很大关系。当小断层与工作面斜交时，由于顶板被断层面分割为上、下盘两大块，这两块之间都失去了连接力，也就不存在抗弯、抗剪和抗拉的能力。因此，两盘岩体会向煤层倾斜方向或老塘方向滑移，使支架失去稳定，而产生冒落。当断层与工作面平行时，冒顶范围可能影响到整个工作面控顶区，尤其是断层面倾向煤壁时的情况更为严重。因为控顶区顶板正是断层面在内的“复合顶板”，断层面是一弱面，它可以导致上、下盘岩体离层，下盘岩体易冒落。当断层与工作面近似垂直时，其上、下盘的局部范围内都存在冒顶区域。断层下盘冒顶原因，主要是断层面为一弱面引起的。尤其当回柱放顶位置距断层很近（一般在5—8m）时；顶板整体性更差了，冒落块体更加活动了，就更易发生下滑而冒落。
当工作面内出现两条以上的断层时，不管情况如何，冒顶的可能性就更大了。特别是当两条相邻断层的倾向相反组成地垒形式时，如龙湖矿一采区28右三回采工作面，在两断层面之间，冒顶可能性就更大，是可想而知的了。
（2）裂隙。顶板中出现裂隙的多少，直接反映了顶板整体性和坚固性。在直接顶板分类中，把它作为计算强度指数的系数之一。裂隙越发育，密度越大，即它们的间距越小，顶板的稳定性就越差，冒落的可能性就越大。事实上，好多局部冒顶事故都与裂隙息息相关。
（3）褶曲。小褶曲对顶板的稳定性也有较大的影响。一般认为，小褶曲的轴部裂隙发育，易于造成局部冒顶。当回采工作面过向斜轴时，由于顶板岩层下沉极易离层，或下沉产生张裂隙，从而导致顶板冒落。工作面推过褶曲时忽而采上坡，忽而采下坡，造成顶板管理非常困难。采下坡时，采空区垮落岩石可能冲向工作面，撞倒支架，引起冒顶。当回采工作面位于向斜轴部时，由于上拱作用，顶板不冒落，情况明显不同。
限定性条件 第6篇
对于降水对滑坡稳定性的影响，国内很多学者做了相关研究。金雁海等在研究降雨诱发滑坡之后认为，当边坡坡度为15°时，降雨的入渗量会达到最大值[3];李兆平等在Fredlund的基础上，提出了降雨条件下非饱和土质滑坡稳定性分析的方法[4];崔云等通过极限平衡法计算得出重庆黔江流水湾滑坡在降雨条件下的安全系数[5];兰恒星等对在降雨过程中不同岩土种类的滑坡的稳定性以及风险性进行了分析[6]。
现主要分析降雨对关岭大寨滑坡稳定性起到的影响，由于暴雨使得大量雨水在短时间内渗入坡体，不仅使地下水位迅速上升，增加了坡体自重，同时后缘拉裂面产生了静水推力，随后在滑动面上产生了浮托力。结合强度折减法运用3DEC模拟分析此次滑坡在强降雨发生前后的稳定性，并得出安全系数加以分析。
1 工程地质条件
滑坡区位于北盘江流域，河水流经滑坡西南部，河流切割较为强烈，溶蚀、侵蚀地貌发育;根据文献[7]滑坡发生的山体上部陡峻下平缓，物源区平均坡度约31°，滑坡后缘高程约为1 180 m，剪出口高程约为948 m，高差约为230 m[7]。
逆断层和一组紧密的近平行褶皱组成了该区域的主要构造。构造线北西—南东方向延展。滑坡体所处斜坡是单斜构造，节理较为发育，其中一组尤为发育的节理沿着坡体向外延伸，坡体反倾。滑坡区岩体风化的加速正是由于这些节理和岩层面的切割作用，使岩体形成块状结构，同时促使了暴雨发生之前滑坡后缘卸荷拉裂隙的形成。
根据前人研究以及现场勘查，坡体顶部以三叠系永宁镇组灰岩白云岩为主;中部为三叠系夜郎组砂质泥岩;二叠系龙潭组页岩、泥岩主要出露区域位于坡体下部，局部含煤层。其中滑体岩体主要来自于中部夜郎组砂质泥岩，层面产状为160°∠40°，坡面产状为315°∠59°(主滑方向为315°);下部二叠系龙潭组页岩、泥岩层面产状为170°∠35°，两组地层接触类型为不整合，具有上硬下软的地质结构。这样的岩层分布在暴雨条件下斜坡岩体裂隙特别是后缘拉裂隙充水容易导致斜坡岩体稳定性降低，形成滑坡地质灾害的可能性较高。
自1998年开始滑坡所在区域年降雨量在650～1 680 mm之间，平均年降雨量为1 200 mm。在发生强降雨之前，滑坡区经历了将近9个月的干旱，仅在灾害发生前两天，突如其来的暴雨令该地区的降雨量累计达到310 mm，其中76%(即237 mm)的降雨集中在第一天上午8点到第二天上午11点[8]。
1为滑坡堆积物，2为三叠系夜郎组泥质粉砂岩，3为二叠系龙潭组砂页岩煤系，4为地层界线，5为高程点，6为陡崖陡坎，7为滑坡边界，8为房屋，9为公路，10为岩层产状
1为三叠系夜郎组泥质粉砂岩，2为二叠系龙潭组砂页岩煤系，3为砂质泥岩，4为砂质页岩，5为地层产状，6为地层平行不整合界限，7为剖面线转折界限
2 降雨对滑坡破坏过程分析
2.1 降雨入渗对滑坡体影响
2.1.1 降雨对滑坡岩体的弱化作用
在经历长达数月的干旱期间，加速发育的裂隙为6月27日和28日两天的强降雨提供了入渗通道，特别是后缘卸荷拉裂隙的存在，使得大量的雨水渗入坡体内部，令地下水位增幅很大。裂隙水不仅增加了坡体重量，同时，由于泥岩在水的作用下软化系数很低，并且遇水表现出膨胀性，使得滑坡岩体结构的抗压强度和抗剪强度在暴雨期间急剧降低，从而威胁到滑坡体的稳定性。
参照饱和三轴试验结果，在地质力学数值模型中，滑动面强度参数在降雨工况下的取值为:内摩擦角取32.4°，黏聚力取2.6 MPa(见表2)。
2.1.2 静水推力以及浮托力的计算
强降雨对关岭大寨滑坡的影响还表现在改变了静水推力以及浮托力对滑坡体的作用。由于降雨量大(暴雨期间平均降雨量为8.8 mm/h)，使得雨水进入拉裂缝的速度远大于入渗速度，从而位于后缘的拉裂隙产生的静水推力V不断地向外推挤滑坡体，增大了滑坡的下滑力。
式(1)中γw为水的重度(10 kN/m3),L1为后缘拉裂缝内水体长度，α为后缘协和拉裂缝倾角，L为滑坡体平均宽度。
后缘拉裂隙静水推力不断地向外推挤滑坡体，加之由于坡体自身重力对坡体产生面向临空面的拉力，加剧了拉裂隙向滑动剪切面的延伸，促进了滑动剪切面的贯通，从而水在滑动面上产生的浮托力U，大大减小了滑坡的抗滑力。
式(2)中L2为浮托力在滑动面上的作用长度。
根据遥感数据文献[7]以及现场测量，拉裂缝内水体长度L1为25 m，滑动面浮托力作用长度L2为360 m，滑坡体平均宽度L为166 m[7]，后缘卸荷拉裂隙倾角α为75°。计算得出后缘拉裂隙静水推力V=4.8×105kN，作用在滑动面上的浮托力U=7.2×106kN。
由此可见降雨对于滑坡稳定性的影响主要体现在两方面:一是由裂隙入渗到滑坡体的裂隙水增大了滑坡体重量并且对滑坡岩体起到了软化作用，降低了滑动面的强度;另一方面后缘拉裂隙的静水推力增大了滑坡下滑力，同时作用在滑动面上的浮托力减小了滑坡的抗滑力。
2.2 3DEC数值模型及参数折减
2.2.1 建立计算模型
为了更好地分析暴雨对滑坡失稳的影响，借助3DEC来实现模拟暴雨前后关岭大寨滑坡失稳过程。
模型根据图1中的物源区建立，模型尺寸为:短边(x方向)长300 m，长边(y方向)，长450 m，高差(z方向)320 m(模型所需要的参数见表1)。
在数值模拟中，在滑体不同位置布设监测点，通过所有监测点位移的变化情况去判定滑坡是否稳定以及滑体的运动趋势与运动特征。在此，共布设6个控制点(图4)，监测点1布置于剪出口，用于判断滑体剪出口附近的运动状况;监测点2布置于滑体东侧;监测点3、4布置于后缘，监测拉裂缝处的变化状况;监测点5、6布置于滑体中部滑动面附近。
2.2.2 强度折减法
根据大寨滑坡岩体在降雨前后的实际情况，结合摩尔-库伦屈服条件以及极限平衡法，采用强度折减法得出折减系数
式中ck、φk分别为岩体结构面折减后的粘聚力和内摩擦角;K为处于临界状态时岩体物理力学参数的折减系数。
根据文献[9]，滑坡的安全系数FS在数值和本质上均等价于折减系数K[9]，即
3 计算结果
3.1 天然状态下稳定性
参照滑坡在天然工况下的强度取值(表1)，根据上述方法对滑坡进行强度参数折减。当K=1.18时，滑坡处于稳定状态;当折减系数增大到1.19时滑坡失稳，说明K=1.18时滑坡处于极限平衡状态。根据式(5)可以将1.18作为大寨滑坡天然工况下的安全系数。
3.2 降雨条件下稳定性
参照关岭大寨滑坡滑动面强度参数在降雨工况下的取值(表2)，同时结合式(1)和式(2)的计算结果，以面力的形式将计算得出的静水推力以及浮托力分别施加到后缘拉裂隙以及滑动面上，对关岭大寨滑坡模型进行强降雨发生时的迭代计算。
强降雨发生后，当K=0.92时，滑坡没有发生变形破坏;当K值由0.92增大到0.93时，原本处于收敛状态的监测点位移时程曲线转变为不收敛(如图6)，即滑坡失稳。可以判断，K=0.92时滑坡处于极限平衡状态，根据式(5)将0.92视为强降雨条件下关岭大寨滑坡的安全系数。
同时由图6可以看出后缘块体运动位移较大滑坡中部有部分块体未发生较大位移，与现场调查一致。
K=0.93滑坡变形破坏时如图5所示。
4 结语
(1)暴雨前滑坡体的大量裂隙为雨水的入渗提供了通道，地下水位在暴雨期间大幅增长，令滑坡体重量增加，以泥岩为主的滑坡岩体在雨水的软化作用下强度迅速降低，加速了滑动面贯通，稳定性也随之下降。
(2)由于雨水从后缘拉裂隙大量汇入，来不及排出的雨水在后缘拉裂隙处产生了静水推力V=4.8×105kN，随着雨水入渗量加大，大寨滑坡滑动面迅速贯通，从而产生了位于滑动面的浮托力U=7.2×106k N，使关岭大寨滑坡的安全系数从1.18下降到0.92，从而滑坡失稳，证明强降雨是这次关岭大寨滑坡地质灾害的关键诱因。
摘要：贵州省关岭县2010年6月28日发生的大寨高速远程滑坡是2010年和强降雨有关的具有代表性的滑坡之一。在发生暴雨期间,在雨水的软化作用下关岭大寨滑坡岩体强度迅速下降;同时滑坡后缘拉裂隙产生的静水推力以及滑动面产生的浮托力对于滑坡稳定性的下降起到了重大影响。运用3DEC建立关岭大寨滑坡三维模型,结合强度折减法对滑坡进行模拟,得出暴雨发生前和发生后的滑坡安全系数并对滑坡失稳过程进行分析,证明暴雨是发生此次地质灾害的关键诱因。
关键词：大寨滑坡,暴雨,稳定性研究,3DEC
参考文献
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降雨条件下粘土坝稳定性的分析 第7篇
均质粘土坝具有施工简单、筑坝材料易取、稳定性可控好、管理方便等优点, 在水利水电工程、尾矿工程中大量应用[3]。其中, 粘土坝的稳定性问题是该类工程的研究重点。在我国及世界各国因粘土坝失稳, 已给人民群众生活和社会环境带来了灾难性的影响。粘土坝稳定性受多方面的因素制约, 如:筑坝材料的物理力学特性、降雨及库水位的渗透变化、外界施工、地震等。文中基于饱和土非饱和土理论, 分析降雨渗透诱发因素下, 粘土坝的稳定性问题, 总结规律, 能对工程实践和理论分析提供借鉴。
1 粘土坝的组成
粘土坝构筑物主要包括坝身、粘土坝基、水泥土防渗结构和粘土铺盖体的填筑。其防排水材料主要有排水体、垫层料、防渗土料和反滤料, 具体见图1所示。
当坝身左边库水位改变时, 在孔隙水压力作用下, 左边的水会渗透到坝身, 加上坝身材料具有孔隙的特点, 渗透水会产生动水压力、增加坝身材料重量同时减弱粘土坝身材料的强度, 致使坝身失稳。当坝身左边库水位改变时, 水会在粘土坝基中渗透, 也会产生上述影响, 致使坝基失稳[1,2]。因此, 控制库水位的变化, 并掌握水的渗透理论在粘土坝稳定性分析中非常关键。
2 饱和非饱和土体的渗透理论
组成粘土坝构筑物的材料是土体, 土体是由孔隙、水、固体颗粒三相组成。孔隙水的变化会改变土体中的孔隙分布, 当饱和度为100%时, 该土体是完全饱和的, 否则该土体是呈现非饱和状态。通常土体的饱和土会影响到土的力学性质, 对建筑规划意义重大, 所以进行土建之前要先做土力学性质试验。饱和土体中孔隙水压力为正值, 该应力下有效应力会减小, 影响土体稳定性;非饱和土体中孔隙水压力为负值, 该应力下有效力会增加, 土体稳定性得到改善, 这主要是基质吸力所致。
降雨入渗是雨水从坝身表面和坝基进入土体的渗透过程。降雨入渗, 起先在坝身和坝基浅层形成一定厚度的暂态饱和水, 随着降雨时间和降雨量的延续, 入渗雨量会继续扩展, 使坝身和坝基深部干燥的土体变得湿润直至在右边某一位置溢出。同时, 在坝身和坝基顶部浅层土体又呈现出非饱和状态, 这是一个复杂的趋替过程。其渗流场和应力场的耦合关系式为[4,5]:
式中:Kij为渗透系数;
Ρ为压力水头;
rw为水的容重;
z为竖向坐标;
n为土骨架的孔隙率;
β为水的弹性压缩系数, 文中不考虑水的压缩性;
evol为土骨架体积应变增量;
▽为微分算子符号。
在饱和非饱和土体稳定性理论中, 通常基于莫尔-库仑强度准则。该弹塑性屈服准则可以对坝身和坝基土体在降雨入渗过程中稳定性进行追踪, 是水利水电工程界应用最为广泛的屈服准则, 表达式为:
式中:I1′, J2′为有效应力作用下应力张量第一不变量和
应力偏量第二不变量;
θ0为应力罗德角;
c′、φ′分别为有效应力作用下的黏聚力和内摩擦角。
为便于分析, 文中采用岩土非关联流动法则, 其塑性势函数与屈服函数具有相似的表现形式, 即
式中:ψ为剪胀角, 当剪胀角ψ=φ′时, 上式为采用相关联的流动法则, 当剪胀角ψ≠φ′时, 上式为非关联的流动法则。
3 算例分析
文中工程算例选取龙海市内某一均质粘土坝, 因该坝身具有对称性, 选取坝身的左边部分安全系数求解, 来进行稳定性分析。坝身计算区域为高h=32m, H=44m, 宽L=72m, 计算模型共划分1061个节点, 328个单元, 模拟边界条件为下部土体固定, 左右两侧水平位移约束, 上部为自由边界, 库水位在30m位置, 不考虑坝身顶部超载影响, 该模型尺寸和土性参数见图2所示。图3为安全系数计算结果。
从图3可以看出, 当库水位变化时, 坝身的剪应力和拉应力集中区主要集中在坝身左边水位局部位置和坝身对称轴的深部区域, 该区域内坝身的安全系数在0.75左右, 甚至更低, 因此该区域是坝身加固与防护的重点范围。然而, 在坝身坡脚位置较为稳定, 左边坝基因铺盖作用基本处于稳定状态, 加上坝顶没有超载作用也处于稳定状态, 这些区域的安全系数都在1.3以上, 不是坝身防护与加固的重点位置。
4 结论
均质粘土坝安全系数的计算, 是水利水电工程研究的重点, 通过安全系数计算可以获得坝身加固与防护的主要范围, 当库水位变化时, 其区域主要集中在坝身水位变化的局部位置和坝身对称轴的深部区域。
参考文献
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限定性条件 第8篇
一、不确定性
不确定性是一种没有特定概率的随机事件, 也不排除不确定性与风险的转化, 强调的是经济行为主体无法准确观察分析和预见影响经济活动的外生和内生因素。该定义包含如下基本属性:
1. 客观性。
奈特认为, 不确定性是事物的固有性质, 其来源为人类行为结果的不可预测性。企业面临的环境是客观的存在, 而人对事物的认知能力有限, 提出解决复杂问题的方案呈现多样性。根据信息经济学, 只要存在两种以上的结果就必然存在不确定性, 人们可能会接近了解, 但不可能将所有的不确定性转变为确定性。
2. 动态性。
这主要是从未来强调说明事物的属性和状态是不稳定的和无法确定的 (1) , 这种不稳定性和无法确定性来源于时间的单向运动。过去和现在存在可消除的无知的问题, 而未来的无知不可消除, 这意味着不确定性只存在于未来 (2) 。需提出的是, 动态性通常伴随着复杂性, 复杂性的存在会加重不确定性。
3. 多维性。
不确定性是个广义概念, 可从企业外部因素如面临的政治经济环境、企业内部因素如企业组织结构或企业战略等多个维度加以界定, 这些维度之间的关系无法线性系统规范 (3) , 对企业的影响可能是互为消长或共同促进 (4) , 所以来自多维的不确定性对企业行为的综合作用是不确定的 (Danny Miller、Jarnal Shamisie, 1999)
二、相关理论对不确定性与企业竞争行为的探讨
1. 新古典经济学
新古典经济学将企业抽象为追求利润最大化的生产者, 认为企业具有完全理性, 拥有完全的知识和充分的信息, 因而不存在不确定性。在这种假定下, 企业可以进行理性最大化选择, 精确计算投入和产出水平, 在长期均衡条件下获得正常利润。新古典经济学否认不确定性, 难以解释企业的竞争行为。在新古典经济学之外, 存在着大量关于与不确定性相关的企业行为理论, 这些理论对于理解和指引企业竞争行为的开展有重要意义。
2. 马克思经济学
马克思没有使用不确定性这一术语, 但由于生产社会化和私人占有制的矛盾, 使得按比例分配的总劳动对单个资本主义企业来说本质是一种不确定性, 所以他对资本主义企业竞争行为的分析本质上是在不确定性条件下开展分析。不同于传统主流经济学观点, 马克思对企业竞争行为的研究重点侧重于生产者之间以及生产者与消费者之间的竞争, 分析成本竞争行为 (产生于单个资本家为追逐超额剩余价值不断提高劳动生产率的动机) 、质量竞争行为 (产生于实现商品价值, 不断提高使用价值的动机) 。马克思强调了同一部门内部企业竞争行为的作用, 分析了企业相关竞争行为 (技术创新行为和价格竞争行为) 的形式与作用。在争取超额剩余价值的这个过程中, 马克思还分析了企业竞争行为的互动性, 提出价值由劳动时间决定的规律, 既会使得采用新方法的资本家必须采用低于商品的社会价值出售自己的商品, 又会作为竞争的强制规律, 迫使他的竞争者也采取新的生产方式。
3. 交易费用理论
交易费用理论以交易费用为核心概念, 主要分析了企业的产生与本质。在交易费用理论中, 不确定性与企业的产生密切相关。科斯 (1937) 分析了不确定性与企业本质之间的关系, 认为不确定性与企业的存在密切相关, 没有不确定性就不会有企业的产生。他从交易费用角度分析了企业的产生, 从而开创了企业经济学的先河。在科斯的理论框架中, 不确定性主要用于解释企业的产生, 而没有进一步分析不确定条件下企业的竞争行为。威廉姆森在科斯理论的基础上进一步阐述了交易成本理论, 使其具有操作性。他通过引入资产专用性、交易频率和不确定性等要素, 并在有限理性和机会主义的行为假设基础上, 认为应将不同的交易属性和不同的治理结构相匹配, 以节约有限理性并抑止机会主义 (5) 。他认为, 人们行为的不确定性来自于其决策的相互影响和相互制约, 这种不确定性是企业存在的依据。
4. 新奥地利学派
新奥地利学派强调极端不确定条件, 主要分析企业家的作用, 讨论企业家行为, 这使得其企业理论有着与主流经济学不一样的视角。新奥地利学派认为, 由于知识的分散性、私人性、不可言传性, 使得行为人不得不面对极端不确定的环境。所谓的极端不确定暗示经济主体不知道自己不知道什么 (6) , 为规避这种极端不确定, 企业作为企业家发现和创新的产物产生, 他们界定“企业家精神”, 以此作为企业差异的源泉, 米塞斯认为, 企业家精神是指承担不确定的行动, 而柯兹纳对此的定义是企业家对市场机会有超乎常人的“敏锐”, 而这种敏锐性是不可投资, 搜寻, 计算也不能被其他人雇佣或利用的, 企业家的这种敏锐性是企业成功的关键。由于新奥地利学派强调企业家的作用, 所以更多的是通过对企业家行为的说明角度来分析企业竞争行为。
5. 演化经济学
演化经济学将经济组织视为一种有机体, 从而从不确定的角度来分析经济组织的产生、变化以及内部的结构构成。演化经济学家阿尔钦批判新古典经济学企业利润最大化这一假设, 提出在不确定性条件下, 企业组织活动的基础在于对现实成功企业的模仿和创造性的竞争行为, 从而正式将不确定性纳入到企业竞争行为的分析框架。在阿尔钦理论的基础上, 纳尔逊和温特构建了一个完整的经济变迁的演化理论, 试图解释变化的市场环境中企业的行为。他们借鉴演化理论引入了新的企业行为模式:惯例与搜寻。当企业对遵循现有惯例的结果不满时, 就会通过搜寻 (创新和模仿) 来改进现有惯例或寻求新“惯例”, 而这种搜寻对企业的结果带来了不确定性。
演化经济学的企业理论强调企业外部环境的动态性, 把不确定性、初始条件的差异以及路径依赖等概念引入企业竞争行为的分析, 从而分析现实企业的多样性及其演化规律。
6. 企业能力理论
从20世纪80年代开始, 在演化经济学的分析基础上形成了企业能力理论, 这一理论的发展横跨了现代微观经济学和现代企业管理学, 开创了管理问题的经济学研究以及经济问题的管理学研究传统。
企业能力理论认为, 不确定性是一种客观存在, 企业必须依赖现有的核心知识和能力, 以及现有核心知识和能力各部分的重新组合, 应对环境的不确定性问题。企业能力理论在目前还没有形成严密的逻辑体系, 大致包括“企业资源理论”, “企业核心能力理论”, “企业动态能力理论”以及“企业知识理论” (王国顺, 2006) 。这些理论在本质上并没有什么不同, 资源学派的资源概念包括能力, 认为其是一种特殊的资源;能力学派的能力是指对资源的配置和整合。无论资源理论还是能力理论都强调企业所拥有的独特的难以交易和模仿的知识, 都注重探讨企业竞争行为的内生因素, 强调企业内部条件 (能力, 资源, 知识) 是解释不确定条件下企业竞争行为的基础。
在企业能力框架下, 许多学者对企业的竞争行为进行了进一步的研究, 如企业竞争战略制定, 核心竞争力的确定和度量, 动态竞争和多点竞争研究, 从而考察企业如何采取竞争行为, 凭什么获得竞争优势。
7. 行为经济学
行为经济学将心理学成果引入了经济学分析, 对不确定条件下人们的风险决策展开了研究, 并通过实验的方法进行验证。
在强调人们的决策包括理性决策和非理性决策的基础上, 行为经济学家侧重分析了非理性经济行为。卡尼曼和特维尔斯基提出人们过去行为结果的确定性是人们现在行为及其决策的依赖基础, 这种确定性效应对人们在不确定条件下开展决策发挥重要作用。在不确定性的条件下, 每个人在面对复杂环境时都会采取捷径或应用部分信息来进行决策, 人的决策是一个结构化和连续性的过程, 因而决策的非理性是正常性存在。行为经济学中虽然并没有详细讨论企业的竞争行为, 但是对不确定条件下的消费、广告、企业家、投资、融资、储蓄等行为的非理性情况进行了解释, 这对企业竞争行为的影响因素分析提供了不确定性的分析框架。
三、评价与启示
马克思经济学虽然没有明确指出不确定性, 但是他对企业竞争行为的分析, 确实贯穿了不确定性特征。新古典经济学否认企业所面临的不确定性, 由此将企业视作“黑箱”, 无法进一步探讨其行为规律;以科斯理论为代表的主流企业理论承认不确定性, 但把其归结于与信息有关的最优化行为的成本约束问题, 从而用于解释企业的产生, 而没有具体分析企业行为;新奥地利学派强调极端不确定性由此从企业家行为角度解释企业的产生;演化经济学分析动态环境下企业行为的发展, 由此分析企业组织的演化, 而在演化理论框架下形成的企业能力理论, 在承认不确定性前提下开始具体分析企业竞争行为模式, 竞争行为优势;行为经济学引入人们行为决策的心理因素, 分析不确定条件下企业的具体竞争行为, 研究其行为决策。根据以上的总结, 企业理论演化正是沿着不确定性分析这条主线而变迁, 从解释企业的产生、性质到分析企业竞争行为, 从而逐渐深入到企业投资行为, 企业家行为, 价格行为, 创新行为分析。所以, 必须将企业竞争行为和不确定性结合分析。
进入二十一世纪以后, 我国企业面临着更大的不确定性和风险, 一方面受到国内社会转型的影响:经济结构的调整、绿色经济概念的提出、国内资源相对匮乏、人口问题日益严峻等现实都影响着企业行为的开展;另一方面受到国际环境多变的影响:伴随着我国与国际市场日益紧密的接触, 国际金融危机的蔓延、国际投机资本的流动, 跨国公司的并购, 都给企业行为的开展实施带来了巨大的不确定性。如何在不确定的环境下开展竞争行为, 以此获取竞争优势, 从而生存和发展, 是企业所必须解决的现实而迫切的问题, 只有不断提高企业驾驭不确定性的能力, 充分认识并且了解其对企业制度、技术、行为的影响, 才有利于企业提高自身的竞争优势。
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降雨条件下雅砻江某边坡稳定性研究 第9篇
滑坡是边坡常见的破坏现象。雨水入渗是影响边坡稳定性的重要因素。降雨引起土体的含水量增大,使边坡土体的基质吸力减小、孔隙水压力增大。含水量增大使土体的抗剪强度减小,导致边坡稳定性降低。对土质边坡来说,粘聚力随含水量的增大迅速降低,边坡很有可能失稳。因此,研究降雨条件下的边坡稳定性具有重要意义。在降雨条件下,很多工程问题受非饱和渗流的影响。非饱和渗流是一个非常复杂的问题,从物理上考虑是一个多因素耦合的过程。其影响因素包括固、液、气三相的体积比,空气压力,土骨架体变,可溶盐,温度等。水在非饱和土中的流动也服从达西定律,但与饱和土中渗流不同之处是非饱和土的渗透系数一般不能假定为常数,相反,渗透系数是变数,主要是非饱和土含水量或基质吸力的函数。非饱和土作为三相系,气相的运动将起到阻滞或推动作用,同时,水分在非饱和土中的运动也受到可溶盐含量、温度的影响,但在本例中未考虑这些因素对土体中水流运动的影响。
1 降雨渗流理论
二维渗流控制方程为:
其中,H为总水头;kx,ky分别为x,y方向的渗透系数;t为时间;C为比水容。
2 降雨入渗土坡边界条件的讨论
边坡土体在降雨前的水分分布情况在求解非饱和土的入渗过程时必须给定。关于初始的水分分布可以通过实测得到,例如在土坡上沿竖直方向每隔一定的深度取土样,测定其含水率,即可得到含水率沿竖向的分布;同理,可以测得含水率沿水平向的分布规律。综合两个方向的含水率测试结果,可行土坡内的初始水分分布函数,即为初始条件。
1)上边界是大气降水进入土坡的主要边界,研究降雨入渗问题时,土坡边界是进水边界。依据降雨强度与土坡入渗能力的大小关系可将上部边界条件分为两类:
第一类边界条件:当降雨强度超过地表的入渗能力时,坡面形成径流或积水,此时坡面的土体基本上处于饱和状态,其含水率十分接近土的饱和含水率,即:
θv|坡面≈θsat。
其中,θsat为土坡的饱和体积含水率,简记为θs。
第二类边界条件:当降雨强度小于土坡表面的入渗能力时,降雨全部入渗到土坡内。地表的入渗通量与降雨强度R(t)相等。
坡面水平区:
斜坡段:
2)左右边界条件:一般选取的研究区域很大,左右边坡的边界距离坡面较远,这些地区的入渗和水平入渗的情形相同,可以看作主要发生一维的竖向入渗,即水平方向的水流通量为0,由此可得左右边界条件为:
3)下边界条件:如果地下水位埋藏较深,则在所研究区域下边界处的土体含水率在相当长的一段时期内不受地下水和坡面入渗的影响,而是保持一个特定的初始含水率,即下边界条件为:
θ′v(x,z,t)z=z0=θ(x,z0,t)。
其中,z0为计算选取的下边界处的竖向坐标值。
对于前面的两类边界条件,对裂隙的处理不同。当为第二类边界条件时(降雨强度小于土的入渗能力),即无积水的入渗过程。这种情况下,降雨直接入渗土体中,土的裂隙中不存在积水,裂隙的存在对整个非饱和渗流场的变化没有明显影响。这种情况可以忽略掉裂隙的影响,直接采用无裂隙土体的非饱和入渗模型,引入边界条件求解即可。而对于第一类边界条件(有积水的入渗过程),由于降雨强度大、入渗能力不够,多余的水在地表形成积水或产生地表径流。这时可以认为雨水充满于竖向裂隙中,渗流场由原来的地表入渗变为地表与裂隙的两个侧面共同入渗。
3 GEOSLOPE SEEP/W有限元软件
GEOSLOPE SEEP/W有限元软件能够模拟饱和—非饱和渗流,模拟非饱和渗流的能力使得该软件可模拟广泛的实际问题。上田滑坡体渗流场分析如下。
3.1 条件设定
降雨强度设定:50年一遇降雨强度,日降雨量14.92 mm/d,单位降雨量q=1.73×10-7m/s。传导率随压力曲线:由于缺乏现场测试数据,本例依据岩土成分类比已有数据,数据引自SEEP/W Engineering Book Appendicx C:Sample Functions,分别如图1～图4所示。
随着雨水的不断渗入,由图1～图4可知,第一层土体积含水率不断变大,同时负孔隙水压不断减少,直到土体饱和,负孔隙水压完全消失。孔隙水压与渗透系数相对应,负孔隙水压变小时,渗透系数随之变大,直到雨水渗入,土体饱和,水的渗透转化为饱和土渗流问题。第二层土渗透性质与第一层土类似。
3.2 上田分析模型
计算模型如图5所示,划分区域为四边形单元格,坡顶高度为2 540 m,故左边界恒取水头2 540 m,左边取蓄水位1 986 m,土坡两侧水流量设置为零。 起始降雨条件:施加降雨强度q=1.73×10-7m/s,做稳定渗流分析,随后以日为单位步长进行叠加。整个计算不考虑水分蒸发和地下水位变化。
3.3 上田渗流场按天分析
由图6,图7可知,降雨1 d后坡面出现地表径流,坡面下孔隙水压变化较大。随着降雨时间变长,地下水位不断抬升。地下水位以下土体饱和,滑坡排水出口抬高。将得出的入渗条件下的边坡含水量的时空分布代入slope软件,最后运用条分法进行安全系数计算,并采用网格法搜索最危险滑移面。
可见随着降雨时间的增大,边坡稳定性降低。
4 结语
1)降雨1天后使浅层土体中的孔隙水压力和含水量大幅度增大,由于吸水软化和基质吸力减小而造成抗剪强度下降。降雨第2天浅层土体饱和,基质吸力急剧下降,安全系数变化较大。降雨后4 d,坡体表面形成径流,安全系数降低较慢。
2)从模拟结果可知,降雨强度不变,降雨时间越长,边坡的安全系数下降越明显。边坡土体的基质吸力对其稳定性贡献很大,降雨入渗使得边坡土体基质吸力下降,安全系数降低,并有可能导致滑坡发生。
摘要：以雅砻江某边坡为例,模拟该边坡不同时段随降雨产生的饱和—非饱和渗流问题,得到各个时段边坡的负孔隙水压和体积含水率并且通过云图表示,计算该边坡各个时段安全系数,得出降雨条件下该边坡安全系数随着降雨条件的变化规律。
关键词：边坡稳定分析,饱和—非饱和渗流,降雨
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限定性条件 第10篇
例1某无色溶液含有下列离子中的若干种：H+、NH+4、Fe3+、Ba2+、Al3+、CO2-3、Cl-、OH-、NO-3。向该溶液中加入铝粉，只放出H2，则溶液中能大量存在的离子最多有（ ）。
A.3种B.4种C.5种D.6种
解题分析本题是传统性的题型，给出溶液中一定数目的离子组，考查离子反应原理，从离子组上来看，常规的解题思路是分酸性溶液和碱性溶液再用离子反应原理进行分组，但题中附加了多种限定条件和隐含附加条件，题中是无色可排除Fe3+的存在，另向溶液中加入铝粉只产生H2，则可能是酸性溶液，也可能是碱性溶液。如在酸性溶液中隐含了不存在NO-3，考生往往最容易出现错误。用分组和排除进行分析：若是酸性溶液，则存在H+，排除CO2-3、OH-、NO-3，能大量存在的离子有NH4+、Ba2+、Al3+、Cl-，共5种；若是碱性溶液，则存在OH-，则排除：H+、NH+4、Al3+，能大量存在的离子有：Ba2+、CO2-3、Cl-、NO-3，也是共5种，所以选择C。
答案：C。
例2常温下，下列各组离子在指定溶液中一定能大量共存的是（ ）。
A.1.0 mol·L-1 KNO3溶液：H+、Fe2+、SCN-、SO2-4
B.c（H+）/c（OH-）=10-10的无色溶液：Na +、Ba2+、NO-3、Cl-
C.由水电离产生c （H+）=10-10mol/L的溶液：NH4 + 、AlO2-、Ca2+、S2-
D.c（ClO-）=1.0 mol·L-1的溶液：K+、SO2-3、S2-、SO2-4
解题分析本题比较常规性，给出几种离子和限定条件运用离子反应原理来判断离子之间能否发生反应，注意题中条件是“一定能大量共存”，尤其要注意隐含条件对离子之间能否发生反应的判断。选项A中有隐含条件，在1.0 mol·L-1 KNO3溶液中含有NO3-与给定的离子组中H+组合相当于硝酸，具有强氧化性，能将Fe2+氧化成Fe3+，故选项A错误。选项B中c（H+）/c（OH-）=10-10的无色溶液是呈碱性，给定的离子之间不能相互发生反应，故一定能大量共存，正确。选项C中由水电离产生c （H+）=10-10mol/L的溶液，该溶液可能呈酸性，也可能呈碱性，呈酸性AlO-2、S2-不能大量存在，呈碱性NH4 +不能大量存在，所以C选项一定不能大量共存，选项C不符合题意，错误。选项D中含有ClO-具有强氧化性，能将SO2-3、S2-氧化而不能存在，故选项D错误。
答案：B。
例3制备（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O的实验中，需对过滤出产品的母液（pH<1）进行处理。室温下，分别取母液并向其中加入指定物质，反应后的溶液中主要存在的一组离子正确的是（）。
A.通入过量Cl2：Fe2+、H+、NH+4、Cl-、SO2-4
B.加入少量NaClO溶液：NH4+、Fe2+、H+、SO2-4、ClO-
C.加入过量NaOH溶液：Na+、Fe2+、NH+4、SO2-4、OH-
D.加入过量NaClO和NaOH的混合溶液：Na+、SO2-4、Cl-、ClO-、OH-
解题分析本题题型呈现与以往不同，以往此类题主要是给出几种离子和一定条件来考查学生对离子间能否发生离子反应而判断离子是否共存，本题以化学实验制备（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O过程为信息载体，题中隐含了（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O是溶于水的盐，通过结晶析出（NH4）2Fe（SO4）2·6H2O晶体，过滤后的母液中主要还含有共存的NH4+、Fe2+、SO2-4，再通过附加条件来判断溶液中的离子是否还能共存，同时题干又隐含了附加条件pH<1的酸性溶液，各选项中又限定了其他不同的附加条件来进行考查，体现了江苏高考创新意识，又达到了对考生能力的多方面考查的目的。选项A中通入过量Cl2，Fe2+具有较强的还原性，Cl2能将Fe2+氧化为Fe3+，所以Fe2+不能存在。选项A错误。选项B中加入少量NaClO溶液，ClO-在酸性条件下也具有较强的氧化性，同样可将Fe2+氧化为Fe3+而使Fe2+不能存在，实际上H+与ClO-也不能大量共存，所以选项B错误。选项C中加入过量NaOH溶液，OH-与Fe2+会反应生成Fe（OH）2沉淀、OH-与NH4+生成一水合氨而使Fe2+和NH4+都不能主要存在，所以选项C错误。选项D中虽然是加入过量NaClO和NaOH的混合溶液，题中给出的离子都不能发生离子反应，能共同存在，所以选项D正确。答案：D。
例4下列关于离子共存或离子反应的说法正确的是（ ）。
A.某无色溶液中可能大量存在H+、Cl-、MnO-4
B.pH=2的溶液中可能大量存在Na+、NH+4、SiO2-3
C.Fe2+与H2O2在酸性溶液中的反应：2Fe2++H2O2+2H+2Fe3++2H2O
D.稀硫酸和Ba（OH）2溶液反应：H++SO2-4+Ba2++OH-BaSO4↓+H2O
解题分析本题将历届考查离子反应的两种题型离子共存和离子反应方程式正误判断合为一题，也是一种创新意识的体现。选项A中附加条件是无色，而MnO-4是紫（红）色而排除，其实在常温下酸性条件下MnO-4可将Cl-氧化成氯气而不能大量存在，故A错误。选项B附加条件是pH=2的溶液呈酸性，SiO2-3与H+反应生成H2SiO3沉淀而不能大量存在，B错。选项D是最常见的离子反应方程式，不符合离子之间的配比关系，应该是2H++SO2-4+Ba2++2OH-BaSO4↓+2H2O，不能部分约简，所以D。C项符合离子反应方程式的原理，原子、电符、得失电子都守恒，C项正确。
答案：C。
离子反应原理考查在题型上是千变万化的，只要学生理解了离子反应原理，知道离子反应的反应实质和类型，掌握了题中给出的各种离子的性质、反应规律和一些特殊离子的特性，再注意题中的附加条件，特别是题中隐含附加条件，要充分挖掘和利用，不管题型如何变化，如何呈现考查方式，但考查的核心仍然是离子反应原理和常见重要离子的知识体系，以不变应万变，提高能力和思维，这类题是很容易高效正确的解决。
限定性条件 第11篇
边坡稳定问题一直是岩土工程中的一个重要研究课题,水利、交通、矿山、国防等部门都涉及大量的边坡问题,尤其是近几十年来,随着经济建设的快速发展,工程建设规模和力度越来越大,边坡地质灾害也越来越突出。从地质灾害发生的类型分布来看,与边坡工程有关的滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害占主要构成,其中滑坡灾害被列为是世界三大地质灾害之一[1],而降雨和施工开挖扰动则是引发此类地质灾害的主要因素。传统的边坡稳定性评价多采用极限平衡法、极限分析法和滑移线场法等[5]。自20世纪60年代以来,数值分析方法与计算机技术的结合给边坡稳定性研究的发展创造了有利条件,使其有了较大的发展。特别是运用数值分析的方法,可以考虑边坡介质的非线性、弹塑性、黏弹性以及流变性等特性,使计算模型更趋近于实际工程,在进行边坡稳定性分析和评价时更准确,甚至可以预测边坡未来的变形和破坏情况,是目前边坡稳定性研究中的重要手段。
本文以某高速公路边坡工程为例,利用ANSYS软件建立有限元计算模型,模拟边坡分级开挖、支护过程,获取各阶段边坡应力变形分布,预测未来边坡变形;并研究在不同强度和持续时间降雨条件下的边坡稳定情况,分析预测评价边坡的安坡稳定性给予合理的评价,为工程实践的提供理论参考。
1 边坡工程概况
该公路路线属亚热带季风气候区 ,雨量充沛。据有关资料,本区多年平均降雨量1 793.2 mm,最大降雨量2 732 mm,最小降雨量1 050.9 mm,每年5-8月降雨量占全年的70%,5、6月占全年的37%,11月至次年2月为枯水期,降雨量占全年的7%,9、10月及3、4月为平水期。
本区属剥蚀丘陵地貌区,坡顶高程约374 m,坡脚高程约318 m,相对高差56 m。自然山坡较缓,一般10°～ 40°之间,坡面植被茂密。根据开挖结果,该边坡由第四系残坡积层和下伏基岩组成,第四系土层为残坡积层(Q4dl+el)黏土,下伏基岩为下古生界( Pz1)板岩。分述如下:
坡面产状:N0E∠53°(1级)、∠45°(2～3级)、∠37°(4～6级)。
残坡积层(Q4dl+el)黏土:黄褐色,土夹岩块。干燥,中密。分布于边坡表部,厚度0～5 m。
下古生界(Pz1)板岩:紫红色,层状结构。板理清晰,产状NE75°NW∠42°。
全风化板岩:褐～黄褐色,呈土状,局部夹少量岩块,手捏即碎。
强风化板岩:黄褐～灰色,岩块较硬,主要受节理1(NE75,NW,42°)和节理2(NE52,SE,52°)切割,块径5～30 cm 不等,易滑动。
该边坡岩石(体)物理力学参数见表1所示。
2 计算工况
根据该区降雨资料,暴雨取历史连续4 d最大降雨量,分别为240、300、160、50 mm/d。另由资料知每年大约有90 d降雨,而多年平均降雨量为1 793.2 mm,故取平均降雨量为20 mm/d,连续降雨4 d。所以根据计算要求,分2个工况进行计算分析,工况1为暴雨情况,即连续4 d(96 h)暴雨,雨量分别为240、300、160、50 mm/d;工况2为平均降雨情况,即连续4 d(96 h)平均降雨,每天降雨量为20 mm。
3 计算模型
考虑到强风化板岩节理产状为NE75°NW∠42°,选取典型剖面K2+700建立模型,计算剖面开挖前有限元模型如图1(a)所示,离散后单元结点数为3 756,单元数为3 671。设七级边坡,每级边坡高10 m,平台宽3 m,计算剖面开挖后有限元模型如图图1(b)所示,离散后单元结点数为3 294,单元数为3 202。有限元模型施加荷载时,自由度约束条件为:左侧边界(X=0 m处)和右侧边界(X=190.0 m处)X方向的位移值均为0,底部边界(Y=0 m处)X方向和Y方向的位移值均为0。
计算剖面锚索加固示意图如图图1(c)所示。第2、3级边坡采用预应力锚索框架加固,其中3级坡上2排锚索长为30 m,下3排锚索长为26m;2级坡上2排锚索长为26 m,下3排锚索长为22 m;锚索孔倾角为20°。锚索荷载按400 kN计算,按照其实际布置情况,将锚索的预应力施加在锚索两端位置的单元节点上。
4 渗流有限元分析
降雨入渗会改变边坡岩体地下水渗流场,一是使稳定的地下水位升高,二是在稳定地下水位以上区域出现暂态饱和区。其中第一个因素稳定地下水位的升高是一个比较缓慢的过程,对边坡稳定的影响不明显。但一次一定强度一定历时的降雨(暴雨或连续降雨)会在地下水位以上的大片非饱和区形成暂态饱和区,这是汛期边坡失稳的重要诱因。
根据所给地下水位资料,确定路基边坡外侧水位为45.0 m,路基外侧水位为50.0 m。另外根据边坡岩体有关资料,将全风化板岩、强风化板岩和弱风化板岩的渗透系数分别取为1.010-3cm/s、1.010-4cm/s、2.010-5cm/s,给水度及储水系数基于安全考虑则均取为0.0。建立边坡非稳定饱和-非饱和渗流有限元模型(同图1),反演推定地下水边界条件,分析在不同强度和持续时间降雨条件下的地下水渗流场,确定地下水荷载[2,3,4,5,6,7,8]。
对2种工况的渗流计算结果进行整理,开挖后的地下水位如图2和图3所示,得到结论如下。
(1)降雨开始时,地下水位以上边坡处于非饱和状态,随着降雨的持续,雨水渗进边坡岩体的节理裂隙,一部分雨水直接补给地下水导致地下水位上升,一部分雨水则暂存在上部非饱和区,使该区域含水量逐渐增大,局部趋向于饱和,同时负孔隙水压力逐渐降低,使得岩体边坡抗剪强度减小,导致边坡稳定性有所下降。由于该计算边坡初始地下水位线较低,降雨入渗强度较小,而边坡的渗透系数较大,结果显示两种工况下持续降雨96 h后,边坡内稳定地下水位线以上均未出现暂态饱和区。由此可见,本例中降雨入渗引起的地下水(包括暂态饱和区)的荷载变化不是导致边坡失稳的主要因素。但另一方面,由于岩体含水量较高,岩体内部物质间吸力降低,使得岩体的抗剪强度降低,特别是岩体内的结构面强度参数减小。此时当入渗的雨水继续下渗过程中遇到地质软弱构造面,就会产生较为明显的影响,显著降低该构造面的抗剪能力,导致该处边坡失稳。这也是有些边坡会在降雨停止后的某个时刻突然失稳的原因所在。
(2)降雨量的大小对边坡地下水位影响较大,连续暴雨对边坡地下水位影响比较大,而连续平均降雨对边坡地下水位影响比较小。本次分析建立的二维模型,计算成果只能反映其一般规律性,可作为工程参考。
5 边坡稳定性分析
边坡的初始地应力仅考虑重力场。边坡结构有限元分析模拟支护是在分级开挖全部完成后一次进行,考虑汛期降雨入渗影响,对边坡应力、位移及安全度进行计算(其中两种工况下的安全系数变化,如图4和图5所示)。分析表明在分级开挖、支护及降雨入渗情况下边坡的第一主应力、第三主应力和剪应力分别满足岩体的抗拉、抗压和抗剪强度要求。边坡的最小安全系数基本在1.0～2.4之间,能够维持稳定,但是局部安全系数偏低,较为危险。随着逐级开挖,较小安全系数的范围略有扩展,都分布在已开挖边坡附近及边坡背面,其中安全系数最小值发生在1级开挖后,为1.028,有可能会产生滑坡或破坏。
降雨入渗影响下,边坡会产生较大变形,暴雨后的位移比平均降雨后的大。降雨后的最小安全系数比降雨前有所减小,平均降雨在未支护情况下的最小安全系数为1.006,暴雨后在未支护情况下的最小安全系数为0.997。由此可见降雨有可能会导致滑坡或破坏。
边坡支护后的安全系数与支护前相比,整体分布规律没有明显变化,但是在靠近边坡开挖面处较小安全系数的区域面积有所减小,提高了边坡开挖区的安全性。支护后降雨的最小安全系数比开挖后降雨的要大,较小安全系数的分布范围有一定的减小,尤其在第2级和第3级坡附近,安全系数提高幅度较大。平均降雨后在支护情况下的最小安全系数为1.025;暴雨后在支护情况下的最小安全系数为1.012,可见锚索支护能有效抑制降雨对边坡安全度的不利影响。
6 结 语
通过上述有限元模拟和分析发现,降雨所引起的岩体物理力学性能变化以及分级开挖所带来的扰动和卸荷作用,对边坡的稳定影响较大,而采用锚索支护等加固措施后可以减小边坡变形和提高稳定性。
(1)典型剖面在开挖、加固过程及受强降雨影响下,拉应力区范围较小,数值也都远小于岩石允许抗拉强度,从强度角度考虑无需再追加特别加固措施;在开挖支护过程中没有明显位移,但是在持续降雨情况下会发生较大变形,应做好相应的安全措施;边坡绝大部分区域的安全度满足要求,在开挖区附近的小范围区域有1.0～1.1的低安全系数出现,建议对这些部位采取适当的加固措施。
(2)锚索支护在一定程度上减小了其作用区的不利变形,同时增加了其作用区的安全度;逐级支护能在开挖过程中抑制边坡的不利变形,保持边坡的稳定性。因此,在今后类似的边坡开挖施工中,当施工条件允许时,宜尽量采取锚索的支护措施和逐级加固的支护方式。
(3)边坡在开挖支护过程中没有明显位移,但是在持续降雨情况下会发生较大变形,建议采取一定的隔水和阻水措施,加强边坡的排水,尽可能减少降雨入渗。
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