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考虑土体蠕变的铁路边坡稳定性分析

作　者: 郭建光
导　师: 张家生
学　校: 中南大学
专　业: 岩土工程
关键词: 铁路工程 边坡工程 稳定性分析 蠕变变形 数值计异
分类号: U213.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


大量工程研究及实践经验表明,边坡变形及破坏是一个长期的过程,有必要针对考虑土体蠕变的边坡稳定性分析方法进行深入研究。本文结合赣龙铁路工程背景,在考虑土体蠕变变形的基础上,由实测数据反演蠕变本构模型参数,采用数值计算方法对考虑蠕变的铁路边坡稳定性进行计算分析。本文调查了铁路边坡存在的问题及边坡工程的研究动向,通过文献调研、现场实测及数值模拟分析,分析了铁路边坡变形的时效性,指出了铁路边坡工程中考虑蠕变的重要意义。研究了边坡蠕变机理及蠕变本构模型,分析了确定流变本构模型参数的改进最小二乘法,建议采用Burgers流变模型作为考虑蠕变的数值计算本构方程。在大量的文献调研及国内外工程实例分析的基础上,采用安全系数K≥1.30作为考虑蠕变的铁路边坡安全系数。结合赣龙铁路K65+731高边坡工程,设置变形及应力观测元件,对土体蠕变变形进行了长期监测。监测数据表明深层土体位移蠕变曲线特征反应了初始蠕变阶段和稳定蠕变阶段变形特征。依据位于边坡顶面的ZK01监测点X方向边坡位移蠕变监测数据,采用改进的最小二乘法对试验数据进行拟合,通过曲线拟合得到了Burgers流变模型参数。采用数值计算方法对K65+731铁路边坡的稳定性进行了计算分析,数值计算结果表明K65+731边坡经过2年的变形发展,土体蠕变变形已经逐渐收敛,锚索拉力已经趋于稳定,安全系数逐步稳定在1.39。综合各方面指标显示K65+731边坡已经基本稳定,安全系数达到使用要求。工程研究及理论分析表明,铁路边坡工程中有必要考虑土体蠕变,边坡安全评估时需要引入蠕变因素。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-24
  1.1 引言  8-9
  1.2 铁路的边坡问题  9-10
  1.3 边坡稳定性研究现状  10-17
    1.3.1 边坡工程发展  10-13
    1.3.2 稳定性研究发展  13-17
  1.4 土体蠕变研究概况  17-21
  1.5 考虑蠕变的边坡稳定性  21-22
  1.6 本文研究内容  22-24
第二章 稳定性分析原理及设计安全标准  24-46
  2.1 概述  24
  2.2 定性分析方法  24-31
    2.2.1 工程类比法  25-27
    2.2.2 图解法  27-31
  2.3 定量分析方法  31-38
    2.3.1 极限平衡法  31-33
    2.3.2 数值计算法  33-36
    2.3.3 可靠度方法  36-38
  2.4 边坡常用支护结构  38-44
    2.4.1 预应力锚索  38-42
    2.4.2 抗滑桩  42-44
  2.5 安全系数控制标准  44-45
  2.6 本章小结  45-46
第三章 边坡蠕变体本构模型理论分析  46-59
  3.1 引言  46-47
  3.2 边坡蠕变破坏机理  47-51
  3.3 边坡蠕变元件模型理论  51-54
    3.3.1 线性元件蠕变模型  52-54
    3.3.2 非线性元件蠕变模型  54
  3.4 BURGERS蠕变模型分析  54-56
  3.5 蠕变模型参数识别方法  56-58
  3.6 本章小结  58-59
第四章 考虑蠕变的边坡稳定性数值计算方法  59-68
  4.1 引言  59
  4.2 有限差分计算原理  59-61
  4.3 FLAC程序特点  61-62
  4.4 程序计算原理  62-64
    4.4.1 计算问题离散  62
    4.4.2 节点的运动方程与时间差分  62-64
  4.5 MOHR-COULOMB准则实现  64-66
  4.6 BURGERS模型实现  66-67
  4.7 本章小结  67-68
第五章 考虑蠕变的边坡工程实例  68-86
  5.1 引言  68-69
  5.2 工程概况  69-72
    5.2.1 工程地质概况  69-71
    5.2.2 支护参数及工后情况  71-72
  5.3 边坡变形监测  72-77
    5.3.1 边坡位移测点布置  72-73
    5.3.2 蠕变位移观测分析  73-77
    5.3.3 蠕变模型参数确定  77
  5.4 数值计算模型  77-80
    5.4.1 模型网格划分  77-78
    5.4.3 模型参数确定  78-80
  5.5 计算结果分析  80-84
    5.5.1 测点水平蠕变位移  80-81
    5.5.2 锚索轴力蠕变情况  81-83
    5.5.3 边坡安全性评价  83-84
  5.6 本章小结  84-86
第六章 结论与展望  86-88
  6.1 主要结论  86-87
  6.2 进一步研究建议  87-88
参考文献  88-97
致谢  97-98
攻读学位期间的论文发表情况及科研情况  98

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 铁路线路工程 > 线路构造 > 路基 > 边坡
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