滑坡运动特性及开挖支护边坡稳定性数值模拟研究

发布时间：2017-05-10 00:16

  本文关键词：滑坡运动特性及开挖支护边坡稳定性数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：滑坡各项运动特性及坡体开挖支护过程中的稳定一直是国内外学者研究的热点和难点。首先,以离散元软件EDEM为计算平台,从坡体滑动速率、颗粒碰撞接触、最终堆积形态及岩体结构破坏等方面研究了滑坡—碎屑流和毛家沟潜在黏性滑坡的各项运动特性。接着,以锦屏电站缆机平台边坡开挖工程为例,分析了是否考虑卸荷效应在边坡岩体开挖过程中坡体应力应变计算结果中的差异。最后,定量计算了不同开挖工况和支护方式对坡体的变形和稳定产生的影响。本文通过对以上内容进行研究,得到以下主要结论:(1)滑坡—碎屑流的运动过程可划分为启动加速、高速滑动和减速堆积3个阶段,运动过程中存在大量接触和碰撞;碎屑流运动速度的最大值正好对应接触数的最小值,表明颗粒流越稀疏,碰撞造成的能量耗散越少,运动速度越大;各区域内颗粒水平和竖直方向运动速度大,变化趋势同步,而横向速度相对更小;在碎屑流运动初期和末期,水平和竖直方向运动速度减小,而横向速度增大,导致碎屑流横向运动更为明显,扩大了灾害横向影响范围。(2)通过对康定毛家沟潜在的危岩滑坡进行预测,毛家沟黏性滑坡的运动过程可划分为3个运动阶段,包括失稳阶段(0s-30s)、加速滑动阶段(30s-75s)和减速堆积阶段(75s-140s)。在边坡失稳初期,局部岩体出现坍塌现象;加速滑动阶段,运动速度显著增加,动能很大,具有很强的破坏力;而当滑坡体进入河谷内时,运动速度逐渐减小,并逐渐减速堆积。滑坡前部和中部运动速度大,最后堆积在河谷内部,后部岩体受到阻碍,大部分岩体碎屑堆积在上部峡谷内。运动过程中,岩体破坏逐渐增加,岩石块体中间出现贯穿性裂缝。滑坡后,小岩块位于上游,越往下游岩块的体积越大。(3)通过对锦屏电站缆机平台高陡边坡的开挖过程进行数值模拟,发现是否考虑卸荷效应对边坡的稳定性影响很大。相比不考虑卸荷作用,考虑岩体开挖卸荷作用时:边坡开挖应力松弛现象更明显,部分区域将出现拉应力;边坡发生的位移量更大,稳定安全系数更小,偏安全。因此,建议在岩体开挖数值模拟时,充分考虑开挖造成的岩体劣化效应,更加合理地模拟整个开挖卸荷过程。此外,本文提出了以剪应变增量作为卸荷松弛分区标准,可以快速确定开挖卸荷影响范围,定位简单,结果可靠。(4)单级开挖高度、岩体强度参数和支护时间对边坡的变形和稳定影响显著。单级开挖高度对岩性较差的边坡位移和稳定安全系数影响大,而对岩体条件较好边坡影响小;岩体强度参数对高陡岩石边坡开挖的位移、稳定安全系数影响大,不同支护时间对开挖边坡的稳定影响明显;相比滞后一级支护,边坡开挖后及时支护能更好的控制坡体变形,提高边坡的稳定。说明在实际高陡边坡开挖过程中,应根据岩性采取合理的单级开挖高度和支护措施,既有利于保证边坡的稳定,又可控制工程造价。
【关键词】：滑坡 EDEM 颗粒 卸荷 稳定性
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.22;TV223
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 研究背景与意义11-13
• 1.1.1 滑坡灾害问题11-12
• 1.1.2 边坡稳定性问题12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 滑坡运动研究现状13-14
• 1.2.2 边坡稳定性研究现状14-16
• 1.3 存在的主要问题16-17
• 1.4 本文研究内容及技术路线17-20
• 1.4.1 研究内容17-18
• 1.4.2 研究思路及技术路线18-20
• 第2章 滑坡—碎屑流运动特性数值试验分析20-38
• 2.1 引言20
• 2.2 颗粒离散元简介20-25
• 2.2.1 基本原理21
• 2.2.2 颗粒接触搜索21-22
• 2.2.3 颗粒简化模型介绍22-24
• 2.2.4 Hertz-Mindlin无滑动接触模型介绍24-25
• 2.3 颗粒离散元计算软件的选取25-26
• 2.4 离散元数值模拟合理性验证26-28
• 2.5 滑坡—碎屑流数值模型建立及参数选取28-30
• 2.5.1 DEM模型建立28-29
• 2.5.2 DEM计算参数标定29-30
• 2.6 滑坡—碎屑流数值模拟试验结果及分析30-37
• 2.6.1 整体运动特性分析30-33
• 2.6.2 局部运动特性分析33-37
• 2.7 本章小结37-38
• 第3章 毛家沟潜在黏性滑坡运动特性数值分析38-56
• 3.1 引言38
• 3.2 模型构建及参数选取38-43
• 3.2.1 Hertz-Mindlin黏结接触模型简介38-39
• 3.2.2 合理性验证39-40
• 3.2.3 离散元数值模型计算参数选取40-43
• 3.3 黏性滑坡运动数值模拟结果及分析43-52
• 3.3.1 整体运动特性分析43-47
• 3.3.2 局部运动特性分析47-52
• 3.4 黏性滑坡运动过程岩体结构破坏分析52-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第4章 岩体开挖卸荷对岩质边坡稳定性影响分析56-73
• 4.1 引言56
• 4.2 岩体开挖卸荷模拟方法简介56-58
• 4.3 岩体开挖卸荷计算模型建立58-60
• 4.3.1 计算工况59
• 4.3.2 岩体力学参数59-60
• 4.4 岩体开挖卸荷计算结果及分析60-67
• 4.4.1 应力分析60-62
• 4.4.2 位移分析62-63
• 4.4.3 稳定安全系数分析63-64
• 4.4.4 边坡塑性区和危险滑裂面分布64-67
• 4.5 基于剪应变增量的岩质边坡开挖卸荷深度判别67-71
• 4.5.1 基于卸荷量大小的分区标准67-68
• 4.5.2 基于剪应变增量的分区标准68-69
• 4.5.3 合理性分析验证69-71
• 4.6 本章小结71-73
• 第5章 不同开挖支护方式对高陡岩质边坡稳定性影响分析73-80
• 5.1 引言73
• 5.2 有限元模型建立及计算条件73-75
• 5.2.1 模型建立73-74
• 5.2.2 计算工况选取74
• 5.2.3 计算过程和等效处理74-75
• 5.3 高陡边坡开挖支护有限元计算结果及分析75-79
• 5.3.1 不同单级开挖高度的影响75-77
• 5.3.2 不同岩体强度参数的影响77
• 5.3.3 不同支护时间的影响77-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第6章 总结与展望80-83
• 6.1 本文研究成果总结80-81
• 6.2 展望81-83
• 参考文献83-88
• 攻读硕士学位期间科研成果简介88-89
• 致谢89-90

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