岩质边坡稳定性分析及变形预测研究
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摘要
当前,我国正在实施的西部大开发战略,势必给西部的基础设施建设带来天翻地覆的变化,形成包括铁路、公路、水利水电的建设高潮。在这一过程当中,由于西部特殊的地理地质条件限制,各种工程的建设不可避免的要遇到大量深埋高挖工程,出现一大批高路堤和深路堑,从而形成越来越多的人工边坡尤其是岩质边坡。因此,对岩质边坡的稳定性进行分析评价将会成为影响各基建工程建设及其后期安全运营的一个重要问题。
论文在工程地质调查的基础上借助试验分析、可拓理论、灰色理论及数值分析技术建立了岩质边坡稳定性分析及预测的理论模型,并将模型应用于渝黔高速公路K86+180～K86+470段边坡稳定性分析当中,力求能够比较合理的评价边坡稳定情况。
本文的主要研究内容及获得的主要结论和成果如下:
(1)首先分析了岩质边坡不同与土质边坡的特点,对边坡的岩体结构、变形破坏的类型及其地质模型进行了总结,阐述了受控于岩体结构的边坡失稳破坏机制,接着就影响岩质边坡稳定性的因素进行了归纳,为进一步研究打下基础。
(2)考虑结构面及水对岩体强度的控制性作用,一是对砂岩试件进行了单轴压缩荷载条件下不同含水量时的力学特性试验;二是用自制的试验装置对取自现场的含有天然结构面的岩体试件进行了不同含水量下的强度试验,试验结果证明在岩体试件处于饱水状态时的结构面抗剪强度比天然状态下平均下降了11.17%、粘聚力平均下降了16.09%、内摩擦角平均下降了10.02%;
(3)采用3D-σ有限元数值软件对K86+180～K86+470段岩质边坡进行了三维有限元数值模拟,并且分天然状态分阶段开挖和饱水状态分阶段开挖两种不同状况进行了稳定性分析,从分析结果可以看出与天然状态相比,饱水状态下软弱层水平方向位移明显增大,坡脚及软弱层特别是软弱层临空面附近的剪应力值显著增大,并且其安全系数与天然状态相比也显著减小,说明在有大的降雨发生当岩体处于饱水状态时边坡整体稳定性被削弱,边坡失稳可能性增大。
(4)从权重的具体涵义出发,讨论了常规AHP法确定权重中判断矩阵构造上的不足,认为不能仅仅依靠经验对各指标进行重要性的排序,而应该根据指标实际数值的变化对边坡稳定性的影响程度对各指标进行相应重要性排序,并以此排序结果来构造判断矩阵;在此基础上引入可拓理论的简单关联度概念,提出了基于简单关联度的改进的AHP求解权重方法,在一定程度上避免了判断矩阵构造过程中过多依靠主观经验的缺点,使权重的求解更加客观化。最后通过实例分析对
With the development of the West Region, the all kinds of infrastructure constructions, including railway, highway and water conservancy project, are building largely. In this process, because of the special geologic environment restriction in the western region, a large numbers of the cutting excavation and the artificial slope are formed. So it is very necessary to evaluate the slope stability expecially rockmass slope which is an important issue affecting the engineering construction and safe operation. In the foundation top of the engineering geologic survey, based on the experimental analysis, extension theory, grey theory and numerical simulation this paper build a theoretical modes of slope stability and instability pridiction, and which are adapted for the K86+180~K86+470 highway slope.
The main research works and results are as follow:
(1) At first analyzing the specialties of rockmass slope compared with earth slope, and summarizing the rockmass structures, instability modes and geologic models, expounding the failure mechanism of the slope based on the rockmass structure. Then the factors affecting the stability of rockmass slope are concluded.
(2) Because the discontinuity and rainfall have a key function to rockmass strength, mechanical tests under the different water capacity of rockmass with discontinuity are operated. The results showed compared with the native state the shear strength of rockmass under the saturation state decreased by 11.17%, cohesion force decreased by 16.09%, internal frictional angle decreased by 10.02%.
(3) 3D-σFEM numerical simulation software is used to simulate the slope stability on the native state and saturation state. Compared with the nature state the displacement of the discontinuity and stress concentration in the saturation state is largened clearly, the results showed slope stability under the rainfall is weakened.
(4) The calculational methods in existence have many shortages for factors weight. Based on the the concrete meaning of weight, figure out the importance conpositor of factors should change with the actual numeric of factors. On this ground the simple correlation degree of extension theory is introduced, put forward a improved method for judgement matrix. At last this method is used by a practical example. The result showed the improved method is correct.
(5) According to the experience of former researchers and the specialties of rock
论文在工程地质调查的基础上借助试验分析、可拓理论、灰色理论及数值分析技术建立了岩质边坡稳定性分析及预测的理论模型,并将模型应用于渝黔高速公路K86+180～K86+470段边坡稳定性分析当中,力求能够比较合理的评价边坡稳定情况。
本文的主要研究内容及获得的主要结论和成果如下:
(1)首先分析了岩质边坡不同与土质边坡的特点,对边坡的岩体结构、变形破坏的类型及其地质模型进行了总结,阐述了受控于岩体结构的边坡失稳破坏机制,接着就影响岩质边坡稳定性的因素进行了归纳,为进一步研究打下基础。
(2)考虑结构面及水对岩体强度的控制性作用,一是对砂岩试件进行了单轴压缩荷载条件下不同含水量时的力学特性试验;二是用自制的试验装置对取自现场的含有天然结构面的岩体试件进行了不同含水量下的强度试验,试验结果证明在岩体试件处于饱水状态时的结构面抗剪强度比天然状态下平均下降了11.17%、粘聚力平均下降了16.09%、内摩擦角平均下降了10.02%;
(3)采用3D-σ有限元数值软件对K86+180～K86+470段岩质边坡进行了三维有限元数值模拟,并且分天然状态分阶段开挖和饱水状态分阶段开挖两种不同状况进行了稳定性分析,从分析结果可以看出与天然状态相比,饱水状态下软弱层水平方向位移明显增大,坡脚及软弱层特别是软弱层临空面附近的剪应力值显著增大,并且其安全系数与天然状态相比也显著减小,说明在有大的降雨发生当岩体处于饱水状态时边坡整体稳定性被削弱,边坡失稳可能性增大。
(4)从权重的具体涵义出发,讨论了常规AHP法确定权重中判断矩阵构造上的不足,认为不能仅仅依靠经验对各指标进行重要性的排序,而应该根据指标实际数值的变化对边坡稳定性的影响程度对各指标进行相应重要性排序,并以此排序结果来构造判断矩阵;在此基础上引入可拓理论的简单关联度概念,提出了基于简单关联度的改进的AHP求解权重方法,在一定程度上避免了判断矩阵构造过程中过多依靠主观经验的缺点,使权重的求解更加客观化。最后通过实例分析对
With the development of the West Region, the all kinds of infrastructure constructions, including railway, highway and water conservancy project, are building largely. In this process, because of the special geologic environment restriction in the western region, a large numbers of the cutting excavation and the artificial slope are formed. So it is very necessary to evaluate the slope stability expecially rockmass slope which is an important issue affecting the engineering construction and safe operation. In the foundation top of the engineering geologic survey, based on the experimental analysis, extension theory, grey theory and numerical simulation this paper build a theoretical modes of slope stability and instability pridiction, and which are adapted for the K86+180~K86+470 highway slope.
The main research works and results are as follow:
(1) At first analyzing the specialties of rockmass slope compared with earth slope, and summarizing the rockmass structures, instability modes and geologic models, expounding the failure mechanism of the slope based on the rockmass structure. Then the factors affecting the stability of rockmass slope are concluded.
(2) Because the discontinuity and rainfall have a key function to rockmass strength, mechanical tests under the different water capacity of rockmass with discontinuity are operated. The results showed compared with the native state the shear strength of rockmass under the saturation state decreased by 11.17%, cohesion force decreased by 16.09%, internal frictional angle decreased by 10.02%.
(3) 3D-σFEM numerical simulation software is used to simulate the slope stability on the native state and saturation state. Compared with the nature state the displacement of the discontinuity and stress concentration in the saturation state is largened clearly, the results showed slope stability under the rainfall is weakened.
(4) The calculational methods in existence have many shortages for factors weight. Based on the the concrete meaning of weight, figure out the importance conpositor of factors should change with the actual numeric of factors. On this ground the simple correlation degree of extension theory is introduced, put forward a improved method for judgement matrix. At last this method is used by a practical example. The result showed the improved method is correct.
(5) According to the experience of former researchers and the specialties of rock
引文
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