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双层反翘型滑坡成灾机理及控制对策研究

作　者: 任伟中
导　师: 白世伟
学　校: 中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）
专　业: 岩土工程
关键词: 滑坡双(多)层滑动面反翘成灾机理时空演变现场勘察原位监测数值模拟地质力学模型试验数字化近景摄影测量微型光纤传感器复合流变模型参数选取方法稳定性评估体系稳定性控制对策
分类号: P642.22
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

双层反翘型滑坡既具有双(多)层滑坡特征,又具有反翘型滑坡特征,这类滑坡在自然界普遍存在,目前对此类滑坡的研究较少,研究该类滑坡具有重要的理论研究价值和实际工程指导意义,且对双(多)层滑坡、岩层反翘型滑坡、滑移弯曲溃屈型滑坡、倾倒型滑坡等都具有重要的参考价值。本文以具有典型双层反翘型滑坡特征的襄十高速公路韩家垭滑坡为工程背景,运用现场勘察、物理模拟、现场监测、数值模拟、流变力学理论等多方法多手段综合研究双层反翘型滑坡的基本特征、形成发育条件、成灾机理、时空演变规律及整治工程加固机理。通过大量的各种岩土物理力学试验、工程地质经验类比分析及大量的力学指标反分析来综合选取滑坡的抗剪强度参数,比较优选出符合双层反翘型滑坡的稳定性分析方法,建立一整套适合双层反翘型滑坡的稳定性评估体系和力学参数选取方法。在此基础上,提出适合双层反翘型滑坡的稳定性控制对策并进行防治工程优化。本文所做的主要工作有:1、运用钻探、井探、槽探、物探、地表调绘等多种工程地质勘察手段,深入揭示双层反翘型滑坡的基本特征和形成发育条件。2、运用现场勘察技术和测斜孔、孔隙水压力计、土压力盒、钢筋计、锚杆测力计等原位监测技术分析研究双层反翘型滑坡的变形和破坏机理、前缘岩层“反翘”成因及其时空演变规律等。3、运用多工况的平面应力加载条件下大块体地质力学模型试验,采用数码像机数字化近景摄影测量技术量测位移场,采用微型光纤压力传感器、微型电阻应变片、测斜仪、土压力盒、钢筋计等测试加固工程变形受力全过程,在实验室内进行物理仿真,研究双层反翘型滑坡在漫长地史时期的发育、发展、演化和形成全过程,反翘岩层的弯曲折断渐进破坏全过程,整治工程加固机理及优化设计,并提出适合该类滑坡的稳定性控制对策。同时,还研究了滑坡前缘人工开挖形成堑坡条件下,该类滑坡的变形破坏机理和稳定性状态。4、采用有限元方法与刚体极限平衡方法相结合的数值模拟技术,计算分析双层反翘型滑坡的变形和破坏机理、前缘岩层“反翘”成因及稳定性状态。5、运用流变力学有关理论,在分析滑坡变形破坏机理的基础上建立反映滑坡变形规律的复合流变模型和破坏规律的破坏模型,并利用现场监测和室内地质力学模型试验所得数据对所建模型进行验证。6、对反算滑坡力学参数时不同发育条件下稳定系数的选取和稳定性计算方法的确定进行较深入的研究探讨,提出了一整套滑坡抗剪强度参数的综合选取方法和稳定性评估体系,最后以韩家垭滑坡为例进行实际工程应用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-13
第一章绪论  13-28
  1.1 选题的目的和意义  13-16
  1.2 国内外滑坡研究历史和现状  16-25
    1.2.1 滑坡研究历史概况  16-18
    1.2.2 滑坡机理研究现状  18-19
    1.2.3 滑坡稳定性分析研究现状  19-22
    1.2.4 滑坡类型的研究现状  22-24
    1.2.5 滑坡防治研究现状  24-25
  1.3 本文的研究思路和研究内容  25-28
第二章双层反翘型滑坡的基本特征和形成发育条件  28-39
  2.1 引言  28
  2.2 滑坡基本特征  28-36
    2.2.1 滑坡形态特征  28-29
    2.2.2 滑坡结构特征  29-36
  2.3 双层反翘型滑坡形成发育条件  36-38
    2.3.1 地形地貌条件  36
    2.3.2 地层岩性条件  36
    2.3.3 地质构造条件  36-37
    2.3.4 发育滑坡的诱发条件  37-38
  2.4 本章小结  38-39
第三章双层反翘型滑坡力学机理的现场勘查与监测研究  39-53
  3.1 引言  39
  3.2 运用现场勘查分析滑坡力学机理  39-41
  3.3 运用现场监测技术分析滑坡力学机理  41-45
    3.3.1 滑坡体位移监测  41-43
    3.3.2 孔隙水压力监测  43-44
    3.3.3 滑坡力学机理综合分析  44-45
  3.4 滑坡时空演变规律  45-51
    3.4.1 滑坡时间演化趋势  45-49
    3.4.2 滑坡空间演化趋势  49-50
    3.4.3 滑坡的时、空演化趋势间的关系  50-51
  3.5 本章小结  51-53
第四章双层反翘型滑坡力学机理的物理模拟研究  53-90
  4.1 引言  53
  4.2 模型试验设计  53-70
    4.2.1 地质力学模型试验的基本原理  53-54
    4.2.2 试验工况  54-55
    4.2.3 试验剖面的选择  55
    4.2.4 模拟范围的确定  55
    4.2.5 模拟的主要岩类及其物理力学参数的选取  55-57
    4.2.6 相似比的确定  57
    4.2.7 地质构造的模拟  57
    4.2.8 地应力的模拟  57
    4.2.9 边坡开挖过程的模拟  57-58
    4.2.10 相似材料研制  58-62
    4.2.11 模型制作  62
    4.2.12 观测内容及手段  62-69
    4.2.13 试验步聚  69-70
  4.3 试验结果及其分析  70-88
    4.3.1 百分表与近景摄影测量对应各点所测位移值比较  70-72
    4.3.2 滑坡稳定系数随底板抬升高度变化规律  72
    4.3.3 滑坡滑动机理分析  72-81
    4.3.4 堑坡开挖条件下滑坡和路堑边坡变形破坏分析  81-88
  4.4 本章小节  88-90
第五章双层反翘型滑坡力学机理的数值模拟研究  90-107
  5.1 引言  90
  5.2 稳定性分析方法与原理  90-96
    5.2.1 岩土体的破坏准则  90-92
    5.2.2 弹塑性应力-应变关系  92-93
    5.2.3 岩土体材料拉裂破坏分析  93-94
    5.2.4 岩土体滑动面的接触摩擦模型  94-95
    5.2.5 稳定性分析  95-96
  5.3 计算参数、计算工况及计算模型  96-98
    5.3.1 II-II 剖面  96-98
    5.3.2 I-I 剖面  98
  5.4 计算结果与分析  98-106
    5.4.1 II-II 剖面应力应变和稳定性分析  99-100
    5.4.2 I-I 剖面应力应变和稳定性分析  100-103
    5.4.3 路堑开挖对滑坡稳定性的影响  103
    5.4.4 滑坡反翘特征数值模拟分析  103-106
  5.5 本章小结  106-107
第六章双层反翘型滑坡力学机理的流变力学分析  107-133
  6.1 引言  107
  6.2 流变力学模型的建立  107-117
    6.2.1 岩石材料的流变属性及流变模型  107-109
    6.2.2 滑坡演化的蠕变性质  109-110
    6.2.3 滑坡变形模型的建立  110-114
    6.2.4 复合模型的应力应变关系  114-115
    6.2.5 滑坡破坏模型的建立  115-117
  6.3 力学模型的试验验证  117-127
    6.3.1 衰减变形过程验证  117-124
    6.3.2 加速变形过程验证  124-127
  6.4 力学模型的现场监测验证  127-132
    6.4.1 韩家垭滑坡现场监测  127-131
    6.4.2 监测数据和模型比较分析  131-132
  6.5 本章小结  132-133
第七章双层反翘型滑坡力学参数选取及其稳定性分析  133-143
  7.1 引言  133
  7.2 力学参数取值区间的确定  133-134
  7.3 滑坡稳定系数现状值的确定  134-135
    7.3.1 滑坡发育阶段的稳定系数  134-135
    7.3.2 反算时的滑坡稳定系数  135
  7.4 计算剖面的选取  135
  7.5 稳定性计算方法的选择  135-138
  7.6 滑坡力学参数的敏感性分析  138
  7.7 力学参数的综合选取  138
  7.8 工程应用（力学参数综合选取实例）  138-142
    7.8.1 力学参数的选取  138-140
    7.8.2 稳定性计算方法  140-141
    7.8.3 稳定性计算结果分析  141-142
  7.9 本章小结  142-143
第八章双层反翘型滑坡控制对策研究  143-192
  8.1 引言  143
  8.2 灾害控制方案选择  143-146
    8.2.1 控制原则  143-144
    8.2.2 控制方案选择  144-146
  8.3 整治工程加固机理及优化的物理模拟试验研究  146-169
    8.3.1 模型试验工况及步骤  146-147
    8.3.2 相似材料的研制  147-148
    8.3.3 模型体制作  148
    8.3.4 观测内容及手段  148-150
    8.3.5 支挡结构受力分析  150-169
  8.4 整治工程加固机理的现场监测研究  169-180
    8.4.1 滑坡体位移监测  169-170
    8.4.2 孔隙水压力监测  170-171
    8.4.3 桩前、桩后土压力监测  171-172
    8.4.4 桩身钢筋受力监测  172-173
    8.4.5 钢筋混凝土抗滑桩桩身变形监测  173-177
    8.4.6 锚杆受力监测  177
    8.4.7 锚杆拉拔试验  177-180
  8.5 整治加固效果分析  180-190
    8.5.1 根据模型试验结果分析  180-190
    8.5.2 根据现场实时监测结果分析  190
  8.6 本章小结  190-192
第九章结论与展望  192-197
  9.1 主要结论  192-195
  9.2 展望  195-197
参考文献  197-205
博士在读期间论文发表及参加科研项目情况  205-208
致谢  208

双层反翘型滑坡成灾机理及控制对策研究

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