突变理论在反倾岩质边坡稳定性评价中的应用研究

摘要

边坡稳定性问题一直是岩土工程界的一个重要研究内容.随着经济的高速发展,岩土边坡的开挖深度越来越大,地质条件也越来越复杂,加上近几年来滑坡、崩塌等地质灾害的频繁发生,边坡稳定性评价变得越来越重要.过去人们对斜坡稳定性的研究,往往强调了具有显著结构面控制的斜坡(如顺层斜坡),对控制性面不突出的反倾斜坡则传统地认为比较稳定,因而有所忽视.大量的工程实例及灾害性崩滑地质过程表明:反倾向斜坡的失稳不仅占有很大的比例,而且具有前兆不明显、隐蔽性强、突发性、灾难性的特点.边坡失稳的发生发展是一个渐变过程,渐变到一定程度就要破坏,这是一个突变过程.隶属于现代非线性科学的突变理论主要从定量的角度描述非线性系统在临界失稳(相变)时的突变行为.本文尝试着将系统科学中的突变理论引入到岩质边坡稳定性评价中,采用最为常见的尖点突变模型,研究了反倾层状结构岩质斜坡中最为普遍的变形形式--弯曲拉裂(倾倒)型破坏,建立了相应的地质及力学模型,并根据势函数得出了该类斜坡失稳的必要条件和充分条件,结合现有规范定义了安全度系数.同时采用计算机语言Visual Basic编制了相应的可视化边坡稳定性分析评价程序.通过工程实例应用证明,运用突变理论进行反倾岩质边坡的稳定性评价是可行的.它可以用于边坡稳定性状况以及是否需要加固的预测判断.它能定量地找出边坡失稳破坏的充分必要条件,而且只需获取几个必要的参数,便可通过所编制的程序评价边坡的稳定性,为实际设计和灾害评估提供参考.

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

1.1边坡稳定性研究现状综述

1.1.1岩质边坡稳定性研究现状

1.1.2边坡稳定性评价方法研究进展

1.1.3现有评价方法的主要不足

1.1.4边坡稳定性评价研究的发展趋势

1.2国内外边坡工程中突变理论研究的现状

1.3课题研究的目的意义

1.4本课题的主要研究内容

第二章岩体突变理论

2.1突变理论的本质

2.2工程地质问题的突变性原理

2.3尖点突变理论解决工程地质问题的一般方法

2.4层状岩体变形特性分析

2.4.1基本原理

2.4.2层状岩体的变形特性

2.5涨落诱发岩体失稳机制的突变分析

2.5.1临界微扰诱发失稳机制

2.5.2超前强扰诱发失稳机制

第三章反倾岩质边坡变形的尖点突变分析

3.1反倾岩质边坡变形的地质模型

3.1.1岩体变形破坏的地质模式

3.1.2反倾岩质边坡变形的主要形式及演变过程

3.2反倾岩质边坡变形的力学模型

3.3反倾岩质边坡失稳的条件

3.4边坡安全系数

3.4.1现有评价方法中安全系数的定义方法

3.4.2突变理论模型评价方法中边坡安全系数的定义

3.5不同因素对边坡稳定性的影响

3.5.1岩层的倾角效应

3.5.2岩层厚度及弹性模量对临界深度的影响

3.5.3外界因素对斜坡稳定性的影响

第四章运用突变理论评价边坡稳定性的可视化程序设计

4.1可视化语言VB的特点及程序的功能

4.2程序设计原理

4.2.1反倾岩质边坡计算参数的选取

4.2.2程序的组成部分

4.2.3程序设计流程图

4.2.4程序核心

4.3程序设计结果

第五章工程实例分析

5.1实例Ⅰ：湖北省宜昌市盐池河岩崩

5.2实例Ⅱ：南京市鼓楼北极阁风貌区景观工程人工瀑布边坡

5.2.1工程概况

5.2.2工程地质条件

5.2.3稳定性评价

5.2.4边坡加固方案

第六章结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果