基于能量守恒的滑坡稳定性评价及动力学模型研究

发布时间：2017-07-08 06:20

  本文关键词：基于能量守恒的滑坡稳定性评价及动力学模型研究

  更多相关文章： 滑坡 能量守恒 径向条分 稳定性计算模型 动力学模型

【摘要】：滑坡研究是世界上公认的尖端课题,其复杂性和随机性给科研人员带来巨大的挑战,同时又吸引着科研人员对其不断的探索。本文就滑坡的稳定性分析和滑坡破坏后运动过程研究两大问题作为研究目标,以能量守恒的理念作为切入点,采用径向条分法建立分析模型,通过假设虚拟位移,建立滑坡稳定性计算的数学模型,并推导了滑坡运动过程中能量守恒方程,建立滑坡运动数学模型。将所建立的模型应用于工程实例,验证其合理性和适用性。具体研究内容及取得的主要研究成果如下:1)依据滑坡运动过程中的“平动”和“转动”失稳模式,采用径向条分法建立滑坡稳定性计算和运动过程的物理分析模型。与垂直条分法相比,对于滑面呈弧形的滑坡,径向条分法建模更符合滑坡“转动”的失稳模式。2)基于能量守恒思想,采用径向条分法,假设虚拟位移,建立滑坡的稳定性计算数学模型。基于虚拟位移ds,推导了滑坡重力势能增量?U和滑面摩擦耗能?W,定义了能量法滑坡稳定性系数Sc??W?U,分别给出了在不考虑地下水和考虑地下水两种情况下滑坡稳定系数Sc的数学表达式。通过算例分析,并与极限平衡法中的简布法计算结果对比,结果表明,在不考虑地下水情况下,能量法的计算结果与简布法较为接近,且前者稳定系数略高,差值比为0.19%;在考虑地下水影响的情况下,能量法计算结果与简布法的差值比为9.77%,前者稳定系数较低,即能量法中地下水对滑坡稳定性系数影响较大。基于算例1,对模型的主要参数进行了关于稳定系数Sc的敏感性分析。3)基于能量守恒思想,采用径向条分法,推导了滑坡运动过程的能量守恒方程,建立滑坡破坏后运动数学模型。滑坡在运动过程中,重力势能、动能、摩擦内能之间相互转化,且保持总的能量守恒,从而建立能量守恒方程,借助MATLAB计算软件,求解能量守恒方程。通过设计2个不同堆积坡角的滑坡运动算例,并与广泛应用的潘家铮滑坡运动计算法和离散元法的计算结果进行对比分析,结果表明:能量法的运动时长与潘家铮法较为接近,小于离散元法;能量法的滑距与离散元法较为接近,大于潘家铮法;能量法的位移速率峰值在3种方法中最大,其次为潘家铮法,离散元法位移速率峰值最小。4)将本文所建立的基于能量守恒的滑坡稳定性计算模型和动力学模型应用于工程实例中,验证了模型的合理性及适用性。选取了2015年11月失稳的浙江丽水里东村滑坡作为工程实例一,代表了以降雨为主要触发因素的公路滑坡,其稳定性计算结果和运动过程计算结果均能较好的反映该滑坡的实际情况。选取了2003年7月失稳的秭归县千将坪滑坡作为工程实例二,代表了以库水位变化为主要触发因素的水库滑坡,计算结果亦验证了本文所建滑坡稳定性计算模型和滑坡动力学模型的合理性及适用性。5)基于能量法的滑坡稳定性计算模型和滑坡运动模型较其它方法具有一定的优势。从建模方法上来看,针对滑面呈圆弧型的滑坡,能量法的径向条分建模方法较垂直条分法更符合滑坡体滑移-旋转的运动模式。从研究方法上来看,能量法以滑块为研究单元,从微观到宏观,计算系统内部各能量变化,以能量守恒方程控制滑坡体的整个运动过程,避免了滑块间复杂的力学计算过程。最后从算例及实例的计算结果来看,能量法在滑动面呈圆弧型的滑坡应用中更为合理。
【关键词】：滑坡 能量守恒 径向条分 稳定性计算模型 动力学模型
【学位授予单位】：三峡大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P642.22
【目录】：

• 内容摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 研究目的及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.3 主要研究内容19-20
• 1.4 论文创新点20
• 1.5 技术路线20-22
• 2 滑坡能量守恒分析模型理论基础22-25
• 2.1 能量守恒原理22
• 2.2 动能定理22-23
• 2.3 径向条分法23
• 2.4 基本假设23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 基于能量守恒的滑坡稳定性计算模型25-42
• 3.1 基本原理及概念25
• 3.2 物理力学模型25-26
• 3.3 重力势能改变量26-27
• 3.4 滑动摩擦内能增量27-32
• 3.5 稳定性系数表达式32-33
• 3.6 算例分析33-37
• 3.7 极限平衡法对比分析37-38
• 3.8 参数对稳定系数的敏感性分析38-41
• 3.9 本章小结41-42
• 4 基于能量守恒的滑坡破坏后运动模型42-82
• 4.1 基本原理及概念42
• 4.2 物理力学模型42-44
• 4.3 重力势能改变量44-47
• 4.4 动能增量47-48
• 4.5 滑动摩擦内能增量48-51
• 4.6 能量守恒方程51-54
• 4.7 算例分析54-64
• 4.8 潘家铮法对比分析64-73
• 4.9 离散元法对比分析73-80
• 4.10 本章小结80-82
• 5 工程实例应用82-106
• 5.1 浙江丽水里东村滑坡实例应用82-96
• 5.2 秭归千将坪滑坡实例应用96-105
• 5.3 本章小结105-106
• 6 结论与展望106-108
• 6.1 主要结论及研究成果106-107
• 6.2 后续研究及展望107-108
• 参考文献108-114
• 致谢114-116
• 附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著116-117
• 附表117-150

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本文编号：533341