工程高边坡病害空间预测理论及其应用

论文摘要

本文从工程地质调查分析入手,首先介绍了边坡环境中涉及的有关研究成果,对边坡的病害类型和坡体结构进行总结,在此基础上阐述了边坡病害的定性预测方法;然后从室内三轴试验结果出发,推导了相关的本构模型,将理论研究成果应用于工程实际,提出边坡病害的定量预测方法;最后针对边坡病害防护工程中的结构坡体压力和锚索锚固角确定两个问题,提出了一些解决办法。论文在理论研究的同时,注重应用和试验验证,将研究成果应用于实际工程,接受实际工程的检验。具体研究内容如下: (1) 在收集整理大量工程实例的基础上,提出了高边坡坡体结构基本类型的划分方案。划分为6种类型,即基座式坡体结构、层状坡体结构、似眼球状坡体结构、块状坡体结构、松散破碎体坡体结构及类均质体坡体结构。 (2) 总结了高边坡病害的基本类型,按照病害体的规模以及病害的发生机制将边坡病害划分为落石、崩塌、错落、滑坡和倾倒5种基本类型。并按病害的发育历史划分为老病害体复活和新生边坡病害两类,按病害规模划分为山体变形、坡体变形、边坡变形和坡面变形四类。 (3) 论述了边坡病害的影响因素,重点讨论了坡体结构对病害的控制作用,以及地下水和工程因素对病害的重要影响。 (4) 介绍了高边坡病害预测的地质力学方法,分为结构面地质力学调查分析和基于极限稳定斜坡判断的宏观地质判断法。分别从边坡地貌形态分析、结构面地质力学调查分析和结构面地质力学配套分析三个方面论述了高边坡结构面地质力学调查分析在病害预测中的具体应用。从极限稳定边坡的判断方法、极限稳定边坡产生的地段和极限稳定边坡的构造成因三个方面论述了高边坡病害空间预测的宏观地质判断法。 (5) 在总结已有边坡滑面确定方法的基础上,提出了定点法确定边坡滑面的新方法,该方法综合了地质工程师的经验判断和滑面随机搜索技术,在判断存在老滑面的边坡是否可能产生新生滑面方面具有较强的实用意义。 (6) 以定点法为基础,进一步提出了抗滑桩合理位置的确定方法,该法首先假定一系列的抗滑桩设置位置,然后逐一核算各设桩位置的定点安全系数,定点安全系数大于设计安全系数的点为合理的设桩位置,然后综合考虑滑坡推力大小及桩身尺寸综合确定最佳设桩位置;结合张家坪滑坡的工程实例,进一步介绍了定点法在确定边坡防护结构选型中的应用,并提出了边坡病害整治设

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及选题依据
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 高边坡的病害类型
• 1.2.2 坡体结构类型
• 1.2.3 边坡病害预测方法
• 1.2.4 病害整治措施
• 1.3 本文的研究内容及技术路线
• 第2章 高边坡的坡体结构及病害特征
• 2.1 概述
• 2.2 高边坡的坡体结构类型
• 2.2.1 基座式坡体结构
• 2.2.2 层状坡体结构
• 2.2.3 似眼球状坡体结构
• 2.2.4 块状坡体结构
• 2.2.5 松散破碎体坡体结构
• 2.2.6 类均质坡体结构
• 2.3 高边坡病害的类型
• 2.3.1 边坡病害的基本类型
• 2.3.2 边坡病害的其它分类
• 2.4 高边坡病害的影响因素
• 2.4.1 坡体结构控制边坡病害
• 2.4.2 水对边坡病害的重要影响
• 2.4.3 工程因素对边坡病害的诱发作用
• 2.5 本章小结
• 第3章 高边坡病害预测的定性方法
• 3.1 概述
• 3.2 高边坡结构面地质力学调查分析
• 3.2.1 边坡地貌形态分析
• 3.2.2 结构面的地质力学调查分析
• 3.2.3 结构面的地质力学配套分析
• 3.2.4 实例分析
• 3.3 宏观地质判断法
• 3.3.1 极限稳定边坡的判定方法
• 3.3.2 极限状态下的稳定边坡的产生地段
• 3.3.3 由结构、构造成因形成的阶梯状斜坡常处于极限稳定状态
• 3.4 本章小结
• 第4章 高边坡病害预测的极限平衡方法
• 4.1 高边坡滑裂面的确定方法
• 4.1.1 基本原则
• 4.1.2 滑裂面确定的经验方法
• 4.1.3 滑裂面确定的搜索方法
• 4.2 定点法确定边坡的稳定性
• 4.2.1 滑面为平面时的稳定性分析
• 4.2.2 滑面是益面时的稳定性分析
• 4.2.3 定点法确定边坡稳定性
• 4.2.4 定点法确定抗滑桩的设置位置
• 4.3 本章小结
• 第5章 高边坡病害预测的数值计算方法
• 5.1 岩石的力学性质
• 5.2 岩石软化特性的数值试验
• 5.2.1 基于Mohr-Coulomb准则的岩石损伤统计本构模型
• 5.2.2 增量形式的本构方程
• 5.2.3 土体本构模型—Mohr-Coulomb模型
• 5.2.4 岩石三轴数值试验
• 5.3 高边坡病害预测的数值方法
• 5.3.1 数值计算中的强度折减法
• 5.3.2 高边坡病害预测的滑面确定
• 5.3.3 基于边坡体应力场分析的安全系数
• 5.3.4 实例分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 高边坡病害空间预测理论及其应用
• 6.1 高边坡病害预测基础
• 6.2 高边坡病害预测理论
• 6.2.1 结构面地质力学调查分析法及其实施步骤
• 6.2.2 宏观地质判断法及其实施步骤
• 6.2.3 数值计算方法及其实施步骤
• 6.2.4 极限平衡方法的应用
• 6.2.5 病害空间预测的理论体系
• 6.3 典型工程实例
• 6.3.1 工程地质调查研究
• 6.3.2 坡体结构及变形特征
• 6.3.3 极限平衡法预测边坡病害
• 6.3.4 数值计算法预测边坡病害
• 6.4 本章小结
• 第7章 高边坡病害预测的地质力学模型试验
• 7.1 多级多层复杂滑坡的病害发展机制
• 7.1.1 试验工点概况
• 7.1.2 模型试验设计
• 7.1.3 试验结果
• 7.2 顺层岩质高边坡的病害发展机制
• 7.2.1 试验工点概况
• 7.2.2 模型试验设计
• 7.2.3 试验结果
• 7.3 本章小结
• 第8章 二锚体系的坡体压力与合理锚固角
• 8.1 有圆弧滑面的滑坡推力计算方法
• 8.2 定点法确定二锚体系坡体压力
• 8.2.1 二锚体系适用条件
• 8.2.2 散体结构坡体中二锚体系的坡体压力
• 8.2.3 完整岩石结构坡体中二锚体系的坡体压力
• 8.3 预应力锚索地梁中合理锚固角的确定
• 8.3.1 以地梁和坡面岩土间无相对滑动为初判准则
• 8.3.2 以提供最大抗滑力为设计目标
• 8.3.3 合理锚固角的确定
• 8.3.4 实例分析
• 8.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果