岩质顺层边坡水力特性及双场耦合研究

论文摘要

地下水作为边坡失稳破坏的主要诱发因素之一，其水力学特性是边坡工程领域一项重大的研究课题。本文以岩质顺层边坡为研究对象，结合理论分析、室内实验和数值模拟，对顺层边坡水力特性及渗流与应力耦合作用机理进行了系统的研究。主要研究成果有： 1、对顺层边坡的地质结构特征及其控稳因素进行了分类研究，阐明了顺层边坡的结构控稳特征，为顺层边坡的水力特性研究奠定了地质基础。 2、系统的分析了边坡中地下水的力学作用机理，在分析顺层边坡平面破坏地质力学模型和破坏机理的基础上，针对地下水在顺层边坡中的分布特征，建立了顺层边坡优势结构面水力学分析模型。在此基础上，研究了降雨对顺层边坡稳定性的影响，建立了顺层边坡平面滑移破坏的水力学判据。 3、探讨了法向应力、侧向应力和剪应力作用下岩体裂隙的变形特性，结合裂隙渗流规律，推导了应力作用下岩体裂隙变形和渗流公式。 4、开展了应力作用下岩体裂隙的变形特性实验，结果表明，法向应力或侧向应力作用下，裂隙法向变形特性是类似的，均符合指数函数关系，实验结果与理论分析具有很好的一致性，据此建立了应力作用下裂隙开度与应力的耦合模型。 5、通过室内渗流实验，系统地研究了法向应力、侧向应力以及渗压作用下裂隙渗透系数的变化规律，研究表明，裂隙渗透系数与法向应力呈负指数形式关系，而与侧向应力和渗压呈正指数形式关系，建立了三维应力作用下裂隙渗流与应力耦合模型。 6、针对顺层边坡中地下水渗流受主控结构面控制的特点，在实验研究的基础上，采用离散网络介质模型，建立了顺层边坡渗流场与应力场耦合分析模型。利用该模型对一工程实例进行分析，结果表明，在地下水压差较小的情况下，渗流场与应力场耦合作用使边坡的稳定性有一定程度的降低，但其影响不是很显著。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究思路和主要研究内容
• 第2章 岩质顺层边坡工程地质基础
• 2.1 引言
• 2.2 边坡岩体地质结构特征
• 2.3 结构面统计分析的赤平投影法及其应用
• 2.4 结构面强度理论
• 2.5 软弱夹层的抗剪特性
• 2.6 影响顺层边坡稳定性的因素
• 2.7 课题研究的工程地质背景
• 2.8 本章小结
• 第3章 顺层边坡水力特性及平面破坏分析
• 3.1 引言
• 3.2 边坡稳定性分析中地下水作用机理
• 3.3 孔隙水压力
• 3.4 渗透力
• 3.5 顺层边坡平面破坏的地质力学模型及破坏机理
• 3.6 平面破坏分析
• 3.7 顺层边坡稳定性的影响因素分析
• 3.8 岩质顺层边坡水力作用及稳定性分析
• 3.9 本章小结
• 第4章 裂隙岩体固液耦合分析
• 4.1 引言
• 4.2 岩体裂隙渗流特性
• 4.3 岩体裂隙变形特性研究
• 4.4 岩体裂隙渗流与应力耦合分析
• 4.5 裂隙岩体渗流与应力耦合渗透张量
• 4.6 本章小结
• 第5章 岩体单裂隙渗流与应力耦合特性实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验设备及模型简介
• 5.3 低法向应力下单裂隙渗流特性
• 5.4 三维应力作用下单裂隙变形特性研究
• 5.5 三维应力作用下单裂隙渗流特性研究
• 5.6 本章小结
• 第6章 双场耦合下岩质顺层边坡稳定性初步分析
• 6.1 引言
• 6.2 裂隙岩体离散网络渗流分析
• 6.3 裂隙岩体应力场模型
• 6.4 顺层边坡渗流场与应力场耦合模型
• 6.5 双场耦合作用下岩质顺层边坡稳定性分析
• 6.6 工程算例分析
• 6.7 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 博士在读期间完成的科研项目及发表的论文
• 致谢