块裂岩质边坡崩塌监测预报理论及应用研究

论文摘要

随着国民经济的快速发展,铁路、公路、水利水电、矿山等工程建设的高陡岩质边坡越来越多,崩塌的问题越来越突出。根据统计,近年来发生的崩塌中,块裂岩质边坡崩塌占据的比重达到67%,给工程建设和运营安全造成严重的威胁。为了防止崩塌地质灾害的发生,保护人民生命财产的安全,本文结合交通部课题“西部公路地质灾害监测预报技术研究”（编号:200331880201）、和湖南省交通厅课题“衡炎高速公路崩塌滑坡地质灾害预测与控制技术研究”（编号200506）,开展块裂岩质边坡崩塌监测预报理论体系及工程应用研究,力求达到预测预报崩塌地质灾害,实现防灾减灾的目的。本文主要内容包括:1)总结了块体理论在解决工程问题中存在的有待进一步研究的问题。在块体理论中引入概率方法更精确地分析了边坡中潜在崩塌块体的稳定性,找出了关键块体,推导了崩塌沿单面与双面滑移模式的稳定计算公式;2)提出了结构面迹长统计的的概率分布模型,对块体大小分布概率进行了分析,并划分块体大小区间,分析各区间内块体的出现概率、失效概率,并计算了块体总失效概率,揭示了块裂岩质边坡崩塌机理,为定量评价块体发育特征、工程监测和预报提供了依据;3)将边坡崩塌落石分为五种运动形式,研究了各种崩塌速度和位移,确定了可动块体一旦发生崩塌产生的破坏能量和破坏范围;4)借助非线性数值分析手段,综合考虑岩体节理裂隙,进一步分析了岩质边坡崩塌的机理和潜在范围,应证了用块体理论分析崩塌稳定性的结果;5)研制了岩质边坡崩塌监测和预报理论体系。通过室内声发射试验找出了块裂岩体的声发射规律和崩塌破坏的临界判据,制定了合理的崩塌现场监测方案,结合灰色突变预测预报模型对声发射监测结果进行了分析,预测预报了崩塌的产生时间和范围。6)将块裂岩质边坡崩塌监测预报理论体系应用于贵毕公路k79+380～k79+500右边坡和湘黔线k303+600右边坡稳定性分析和崩塌预测,验证了该理论的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.1.1 我国地质灾害及防治情况
• 1.1.2 我国崩塌地质灾害状况
• 1.1.3 本文的研究目的
• 1.2 崩塌国内外研究现状
• 1.2.1 崩塌稳定性研究的国内外现状
• 1.2.2 岩质边坡崩塌监测的国内外现状
• 1.2.3 岩质边坡崩塌的预测预报现状
• 1.3 本文研究内容和方法
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 崩塌的机制及基于块体理论的稳定性分析
• 2.1 崩塌地质灾害的产生机制
• 2.1.1 崩塌的定义
• 2.1.2 崩塌与滑坡的区别
• 2.1.3 崩塌的分类
• 2.1.4 崩塌发生的影响因素
• 2.1.5 崩塌发生时间的规律性
• 2.2 滑移式崩塌块体理论的稳定性分析
• 2.2.1 滑移式崩塌稳定性分析原理
• 2.2.2 块体理论的基本概念
• 2.2.3 块体理论的矢量判别步骤
• 2.2.4 可动块体的稳定系数计算
• 2.2.5 块体理论的修正
• 2.2.6 块体理论的赤平投影作图法
• 2.2.7 块体理论程序的编制
• 2.3 其它破坏形式的崩塌体稳定性检算
• 2.3.1 基本假设
• 2.3.2 基本图式，受力分析和稳定性检算
• 2.4 本章小结
• 第三章 崩塌的潜在危害性预测
• 3.1 引言
• 3.2 崩塌潜在危害性预测的研究方法
• 3.3 落石的运动方程及参数确定
• 3.3.1 落石的坠落
• 3.3.2 落石的滑动
• 3.3.3 落石的自由飞落
• 3.3.4 落石的碰撞弹跳
• 3.3.5 落石的滚动
• 3.4 本章小结
• 第四章 块裂岩质边坡崩塌的非线性有限元分析
• 4.1 非线性有限元的基本思想及分析方法
• 4.1.1 基本思想
• 4.1.2 分析方法
• 4.1.3 岩体非线性问题的基本解法
• 4.2 岩体弹塑性有限元分析法的基本原理
• 4.3 岩体无拉应力有限元分析
• 4.4 岩体节理单元有限元分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 崩塌地质灾害的监测
• 5.1 引言
• 5.2 崩塌监测设计的原则
• 5.3 声发射监测崩塌地质灾害
• 5.3.1 声发射监测原理
• 5.3.2 建立声发射监测网
• 5.3.3 声发射监测方法
• 5.3.4 岩石声发射监测系统特点
• 5.4 本章小结
• 第六章 灰色—突变理论预测预报崩塌地质灾害
• 6.1 引言
• 6.2 灰色分析模型
• 6.2.1 灰色理论建模步骤
• 6.2.2 二次拟合参数
• 6.3 尖点突变模型
• 6.3.1 突变理论的基本思想
• 6.3.2 模型建立方法
• 6.3.3 突变模型的基本特征
• 6.4 最小二乘多项式拟合
• 6.4.1 最小二乘拟合原理
• 6.4.2 多项式拟合方法
• 6.5 灰色突变预测预报模型
• 6.6 灰色突变模型程序的编制
• 6.7 本章小结
• 第七章 块裂岩质边坡崩塌监测预报理论体系的应用研究
• 7.1 实例应用一
• 7.1.1 工程概况
• 7.1.2 边坡块体的稳定性分析
• 7.1.3 崩塌的非线性有限元分析
• 7.1.4 室内声发射实验
• 7.1.5 现场声发射监测
• 7.1.6 用 AE灰色突变模型进行崩塌预测预报
• 7.2 实例应用二
• 7.2.1 工程概况
• 7.2.2 边坡块体的稳定性分析
• 7.2.3 结果说明
• 7.3 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 创新点
• 8.3 建议与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要研究成果