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西藏境内G318国道沿线典型直立岩质边坡稳定性土木工程分析

时间:2018-12-06 20:03来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇土木工程论文,土木工程专业学生主要学习工程力学、流体力学、岩土力学和市政工程学科的基本理论,受到课程设计、试验仪器操作和现场实习等方面的基本训练。
本文是一篇土木工程论文,土木工程专业学生主要学习工程力学、流体力学、岩土力学和市政工程学科的基本理论,受到课程设计、试验仪器操作和现场实习等方面的基本训练,具有从事土木工程的规划、设计、研究、施工、管理的基本能力。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇土木工程论文,供大家参考。
 
第 1 章 引言
 
1.1 选题依据及研究意义
1.1.1 选题依据
社会经济的发展促使建设规模的扩大,尤其近年来我国高速公路网的建设,使得沿线岩质边坡的灾变问题愈演愈烈。地质灾害的发生,不仅对经济损失影响巨大,而且对社会和政治也会产生一定的影响,因此岩质边坡失稳机制正越来越成为人们主要研究的对象。从国际范围看,20 世纪 70 年代的地球动力学计划,80 年代岩石圈计划,发展到 90 年代的地圈、生物圈计划和从 90 年代开始的“国际减灾 10 年计划”,表明从全球局势考察与人类社会和经济发展问题相关的环境与灾变问题是必不可少的。因此,防灾减灾是人类进入 21 世纪以来尤其重视的话题。公路岩质边坡是一种复杂的工程岩体,不同的边坡失稳机制常常导致不同的地质灾害类型,所以治理方法也有不同。影响岩质边坡稳定性的因素有很多,其中对岩质边坡稳定性的影响比较大的有地震和降雨因素,究其原因,地震的强烈震动使边坡岩体的结构面张裂、松弛,从而使边坡变形失稳加剧;而降雨主要通过地表水入渗改变岩土体的抗剪强度影响边坡的稳定性。另外,由于地震和降雨的综合作用,岩质边坡的稳定性更易改变。一般地,边坡按材料分为土质边坡和岩质边坡,岩质边坡不同于土质边坡的是岩质边坡具有各种各样的结构面,而土质边坡则没有。由于岩体被结构面切割,形成许多大小形态不同的节理裂隙,因而对由岩体材料组成的岩质边坡在河流冲刷、人工切坡、地下水活动或地震等因素影响下比由土体材料组成的土质边坡更易失稳。对于岩质边坡,常因失稳而形成的地质灾害主要有滑坡、泥石流和崩塌等,而这类灾害的发生又经常带给人类社会生活、活动巨大的损失,因此岩质边坡稳定性分析一直是我国着力研究的地质和工程课题之一。
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1.2 边坡稳定性的研究现状
岩质边坡稳定性分析研究,有一定的理论研究意义,同时也具有一定的实际应用价值,准确分析计算岩质边坡稳定性后,可为存在潜在失稳或已失稳的岩质边坡提供防治治理的意见。假定滑动面和滑动岩体为刚体,分析滑动面上的抗滑力和下滑力的平衡关系,求得稳定系数。刘建华等[1]采用极限平衡法研究降雨条件下的岩质边坡稳定性,并基于非饱和渗流理论,认为是岩层在降雨条件下的软化过程使岩体黏聚力 C 和内摩擦角φ下降,因而得出降雨对岩质边坡的渗流场影响较大的结论。段永伟等[2]采用不同的极限平衡分析方法(不平衡推力法、直线型分析法和 Sarma 法)研究顺层岩质边坡岩体结构特征和失稳破坏情况,基于宜巴高速舒家槽大桥桥基顺层岩质边坡工程实例,对比分析后认为考虑岩体裂隙的 Sarma 法比较适合节理裂隙发育的顺层岩质边坡稳定性分析,而直线滑动法对顺层岩质边坡稳定性计算结果偏于保守,并认为传递系数法因计算结果偏大而不适用于顺层岩质边坡稳定性计算。于天文等[3]通过用极限平衡中的常用方法(Janbu 法、Sarma 法与传递系数法)对某硅石矿边坡在不同工况下进行稳定性分析,认为边坡的安全系数随地下水埋深的增大而增大,而爆破产生的振动加速度对边坡稳定性影响也很大。并认为在这几种稳定性评价方法中,Sarma 法得到的安全系数略大于推力系数法与 Janbu 法。
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第 2 章 研究区地质环境
 
2.1 工程概况
本文研究的川藏高速公路 K4326+500~K4341+200 典型直立岩质边坡位于林芝区工布江达县简则村和那达村,坡脚处有 G318 国道连通,边坡全长 35m,自然横坡向高陡,坡度约 73°,坡高约 26m,坡体由石炭系中统板岩组成,岩性单一。根据现场调查拍摄的照片及获取的资料来看,坡体坡面较破碎,局部坍塌、节理裂隙,由于控制线结构面走向比较趋向平行于边坡走向,且属于中、陡倾角,边坡稳定性问题比较突出。
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2.2 自然地理
工布江达县处于西藏自治区境内,地处雅鲁藏布江中游下段,念青唐古拉山与喜马拉雅山脉之间,属林芝地区所辖。地处东经 92°25'48''~95°17'35'',北纬28°38'59''~30°15'53''。西连加查县,东邻巴河镇,北接朱拉乡,南接仲萨乡、百巴镇。工布江达县交通位置图如图 2-1 所示。工布江达属雅鲁藏布江及其支流尼洋河流域的印度洋水系,印度洋水系可分为雅鲁藏布江流域和尼洋河流域,属于山地河流和高山河流,其中最大的工布江达县境内的巴松湖(错高湖)面积约 26.5km2。工布江达地区气候温和,雨量充沛,属藏东南高山温湿季风气候。年平均气温 9.1C°,最高气温为 30.3C°,最低气温为-6.2C°,昼夜温差较大。降水量在 600~660mm 之间,年均降水 654mm,年平均日照时数 2022h,太阳辐射较高。年无霜期为 175d。
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第 3 章岩质高边坡变形破坏机制分析..........22
3.1 岩质边坡的基本特征及分区依据.....22
3.1.1 边坡基本特征.......22
3.1.2 边坡分区依据.......22
3.2 岩质边坡的变形破坏现象.......23
3.3 岩质边坡变形破坏机制分析.............27
3.3.1 边坡稳定性影响因素.....27
3.3.2 边坡变形破坏机制分析...........29
第 4 章岩质高边坡稳定性刚体极限平衡法(Sarma 法)分析...........31
4.1 Sarma 法......31
4.2 自然工况下的边坡稳定系数计算过程.......33
4.3 暴雨工况下的边坡稳定系数计算过程.......35
4.4 小结.............37
第 5 章岩质高边坡稳定性赤平极射投影法分析....38
5.1 赤平极射投影法的基本原理.............38
5.2 自然工况下的边坡稳定系数计算.....39
5.3 自然+暴雨工况下的边坡稳定系数计算.....40
5.4 自然+地震工况下的边坡稳定系数计算.....41
5.5 自然+暴雨+地震工况下的边坡稳定系数计算.....43
5.6 小结.............44
 
第 6 章 岩质高边坡数值模拟研究
 
6.1 计算方法原理
6.1.1ANSYS 有限元程序
近 30 年来,ANSYS 公司一直致力于分析设计软件的围护、开发及售后服务,不断地吸取当今世界最新的计算方法和计算机技术,引领世界有限元的发展,并受到全球世界的推崇,拥有全球最大的用户群。目前,ANSYS 的用户已经遍布全世界的众多科研机构、高校和单位[57]。ANSYS 软件最初只是一个批处理程序,提供线性结构分析功能及热分析,且只能在大型计算机上使用,必须通过编写分析代码按照批处理方式执行。ANSYS 在 20 世纪 70 年代融入了非线性、子结构以及更多的单元类型,从而使ANSYS 功能大大增强了;20 世纪 70 年代末,随着小型机和 PC 机的出现,操作系统进入了图形交互方式以后,ANSYS 程序建立了交互式操作菜单环境,使得ANSYS 程序法得到了很大的改善。在进入分析之前,可以利用交互式图形(前处理)来验证模型的生成过程、边界条件等;求解完后,计算结果的图形显示(后处理)可用于检验分析过程的合理性[58]。ANSYS 软件含有多种有限元分析的能力,包括从简单线性静态分析到复杂非线性动态分析。该软件功能强大与其含有众多模块分不开,其模块结构如图6-1 所示。本文采用 ANSYS 程序对 K4328 节理岩质高边坡进行模型处理,主要通过采用拉伸功能对 CAD 平面图形进行具体处理,使之接近真实的边坡结构类型,边坡模型完成后,再导入 FLAC3D 进行稳定性计算。
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结论
 
本文以 G318 国道 K4326+500~K4341+200 典型直立岩质边坡为背景,在详细地调查和理论分析基础上,应用 FLAC3D 对边坡在自然工况、暴雨工况及地震工况下的稳定性进行了数值模拟,并通过比较数值模拟结果与理论分析结论,得出数值模拟结果是比较可靠的,主要结论如下:
(1)分析了边坡的工程特性,以及边坡体的变形破坏特征;分析了边坡稳定性影响因素,根据室内试验得出了边坡体物理力学参数,为分析边坡稳定性作了充分的准备。
(2)用刚体极限平衡法(Sarma 法)计算边坡在自然工况和暴雨工况下的稳定性系数分别是 1.371 和 1.163,表明边坡处于基本稳定状态,但边坡在暴雨工况下的稳定性比自然工况下的稳定性稍降低。
(3)用赤平极射投影法计算边坡在自然工况、暴雨工况及暴雨+地震工况下的稳定性系数分别是 1.31、1.19 和 0.81,表明边坡在自然和暴雨工况处于基本稳定状态,且边坡在暴雨工况下的稳定性比自然工况下的稳定性稍降低,但边坡在暴雨+地震工况下处于失稳状态。
(4)FLAC3D 有限差分法数值模拟边坡在自然工况下的稳定性,得到边坡初始位移分布图,可知边坡坡顶位移量最大只有 3mm,表明边坡处于基本稳定状态。
(5)FLAC3D 数值模拟边坡在暴雨工况下的稳定性,得到边坡剪切应变增量云图,可知边坡剪切应变增量是比较小的,虽然剪切应变增量比较小,但是随着长时间的降雨入渗,水分子在岩体表面或节理裂隙中间起到润滑作用,摩阻力降低;原有岩体表面和节理裂隙水膜的厚度也会增加,使得黏聚力降低。这样岩体抗剪强度参数全部降低,边坡稳定性系数也会相应有所减小。同样会改变边坡体的稳定性。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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