新型固化剂改良黄土边坡稳定性分析

摘要

黄土特有的高压缩性、湿陷性、强度低等不良工程特性，使得其必须经处理后方能满足高速公路、铁路路基和水利坝基等设计、施工及使用要求。工程上常见的处理方式有换填、打桩、加入固化材料等，方式多种多样，效果也各不相同。新型固化剂由于其优良的物理力学性能正在被广泛的研究并试用于基础工程中。
　　本文采用新型高分子材料SH固化剂改良黄土，在参阅文献和室内试验的基础上，就改良黄土边坡的稳定性进行数值模拟分析研究。
　　主要工作及取得的成果如下:
　　(1)进行固化剂SH改良黄土相关试验和结果分析。由SH掺量和含水率对改良黄土抗剪强度的影响曲线知，固化剂SH能明显提高黄土抗剪强度，且对改良黄土黏聚力的影响要大于内摩擦角。含水率对改良黄土的抗剪强度影响显著等结论。试验数据为改良黄土边坡稳定性数值模型参数选取提供了较科学的事实依据。
　　(2)建立BP神经网络预测模型。选取室内土工试验数据作为学习样本和测试样本，就含水率对改良黄土力学参数的影响进行了预测分析，预测结果与试验结果基本吻合。可见将BP神经网络用于抗剪强度参数预测是可行的，从而实现了由物理指标到力学参数转化，为改良黄土性能探究提供了一种新的研究方法。
　　(3)将强度折减法应用到大型通用有限元软件ABAQUS中，分析探讨了改良黄土的边坡稳定性，模拟了弹性模量、泊松比、加固厚度、坡角、土体重度及含水率等物理力学参数对边坡稳定性的影响。在边坡变形分析中，论证了固化剂SH加入黄土边坡表层的可行性，研究发现，含水率和土体重度对改良黄土边坡的水平位移、隆起位移及下滑位移影响较大，边坡角度、泊松比与弹性模量的影响较小;通过敏感性分析得出了固化剂SH的最优加固厚度及影响因素，模拟结果显示，含水率对改良黄土边坡安全系数的敏感度最大，其次是土体重度，弹性模量和泊松比对安全系数的敏感度较小，与边坡变形分析结论基本一致。因此在施工或者运行期间应格外重视水位变化等对边坡稳定性的影响，做好相关预防和治理工作。
　　通过上述研究分析，得出固化剂SH应用到黄土边坡改良领域是科学合理的，研究结果对黄土边坡改良技术及黄土地区地质灾害的防治提供了理论参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景、目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 土体改良技术

1．2．2 BP神经网络

1．2．3 边坡稳定性

1．2．4 边坡变形研究

1．2．5 边坡敏感性分析

1．3 目前研究存在的问题

1．4 研究目标及主要内容

1．5 研究的技术路线

第二章 固化剂SH改良黄土参数的确定

2．1 试验材料

2．2 击实试验

2．2．1 试验设计与方法

2．2．2 试验结果及分析

2．3 直接剪切试验

2．3．1 试验设计与方法

2．3．2 试验结果与分析

2．4 固化剂SH改良黄土机理

2．5 本章小结

第三章 BP神经网络在预测改良黄土参数中的应用

3．1 神经网络的简介

3．2 模型的建立

3．2．1 数据归一化处理

3．2．2 传递函数的选择

3．2．3 网络训练结果及分析

3．2．4 数据反归一化及结果分析

3．3 预测

3．4 本章小结

第四章 ABAQUS在黄土边坡中的应用

4．1 ABAQUS软件简介

4．1．1 基本方程

4．1．2 土质边坡的屈服准则

4．1．3 土质边坡的流动准则

4．2 有限元强度折减法发展及原理

4．3 边坡稳定性分析

4．3．1 稳定性分析步骤

4．3．2 结果分析

4．4 本章小结

第五章 参数对改良黄土边坡变形的影响

5．1 弹性模量

5．2 泊松比

5．3 加固厚度

5．4 边坡角度

5．5 土体重度

5．6 含水率

5．7 本章小结

第六章 改良黄土边坡的敏感性分析

6．1 基于ABAQUS的边坡稳定性的敏感性分析理论

6．2 参数对改良黄土边坡稳定敏感性的影响

6．2．1 弹性模量

6．2．2 泊松比

6．2．3 加固厚度

6．2．4 边坡角度

6．2．5 土体重度

6．2．6 含水率

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 创新之处

7．3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间公开发表的学术论文