前窑子水库大桥桥址区水库塌岸机理及岸坡稳定性研究

发布时间：2017-04-24 07:11

  本文关键词：前窑子水库大桥桥址区水库塌岸机理及岸坡稳定性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：前窑子水库大桥位于内蒙古和林格尔县前窑子水库内,大桥整体穿前窑子水库通过,是新建大准至朔黄铁路的重要组成部分。前窑子水库近几年来开始蓄水,改变了原有的工程地质条件和水文条件,岸坡构造线受库水浸润和波浪侵蚀不断后退,水库塌岸的发生会对前窑子水库大桥的安全运行造成严重威胁。因此,本文将紧密结合当地工程地质、气象水文、地形地貌等条件对前窑子水库大桥桥址区岸坡的塌岸类型、塌岸机理、塌岸演化趋势及各种塌岸形式对大桥的危害程度进行研究,同时对岸坡在自然状态、地震荷载及地下水作用三种工况下的稳定性进行分析,结合规范要求,为桥址区岸坡的工程防护措施选取及加固程度提供一定判断依据。本文主要的研究内容如下:(1)通过资料收集、现场调研得到前窑子水库附近的水文地质、地形地貌、地层岩性等基本工程资料。在总结山区河道型水库塌岸类型划分的基础上,通过前窑子水库大桥桥址区三维岸坡模型弹塑性分析确定了桥址区岸坡塌岸模式、塌岸范围并对其塌岸过程及机理进行了系统分析。通过分析大桥6#桥墩与岸坡的位置关系,结合桥址区岸坡发生塌岸的规模总结得出若岸坡发生失稳破坏,则各种类型的塌岸会对前窑子水库大桥所造成的威胁大小。(2)通过前窑子水库大桥桥址区三维岸坡模型弹塑性分析得到的位移场求得了岸坡最危险截面,针对最危险截面处岩土体的破碎状态、节理走向建立离散元模型,通过计算分析得到岸坡发生滑移失稳的渐进破坏过程并对其进行了详细描述,为桥址区岸坡何时发生滑移型失稳提供了定性判断方法。同时求得了自然状态、地震荷载及水力作用三种工况下岸坡处于临界稳定状态下的位移,为桥址区岸坡何时发生滑移型失稳提供了定量判断方法。(3)通过基于连续介质的离散元程序结合强度折减理论对前窑子水库大桥桥址区最危险截面处岸坡在自然状态、地震荷载及水力作用三种工况下的稳定性及安全系数进行了分析计算。结合规范划定的岸坡等级及边坡安全系数推荐值,对前窑子水库大桥桥址区岸坡是否需进行进一步的加固处理进行判断。
【关键词】：水库塌岸 强度折减法 稳定性分析 塌岸机理
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.2;TV223
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 论文选题的依据和研究的意义10-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.2.1 国内外水库塌岸预测方法12-13
• 1.2.2 库岸边坡稳定性评价方法13-16
• 1.3 论文主要研究内容及技术路线16-18
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 技术路线图17-18
• 2 前窑子水库大桥桥址区基本工程地质条件18-23
• 2.1 工程概况18-19
• 2.2 自然地理及区域地质背景19-22
• 2.2.1 气象水文19
• 2.2.2 地形地貌19-20
• 2.2.3 地层岩性20-21
• 2.2.4 地质构造21
• 2.2.5 地震动参数区划21-22
• 2.3 小结22-23
• 3 岸坡稳定性评价方法对比及稳定性影响因素分析23-36
• 3.1 基于连续介质的离散元方法CDEM简介23-25
• 3.1.1 基于连续介质的离散元基本假设23
• 3.1.2 基于连续介质的离散元运动方程及计算步骤23-24
• 3.1.3 弹簧力计算公式24
• 3.1.4 基于连续介质的离散元程序CDEM的优势24-25
• 3.2 不平衡推力法与强度折减法稳定性评价对比25-32
• 3.2.1 基于不平衡推力法的边坡安全系数求解25-27
• 3.2.2 强度折减法的基本原理27-28
• 3.2.3 有限元强度折减法失稳判据28
• 3.2.4 基于强度折减原理边坡自然状态下的安全系数求解28-30
• 3.2.5 基于强度折减原理边坡地震荷载作用下的安全系数求解30-32
• 3.3 岸坡稳定性影响因素分析32-35
• 3.3.1 岩土力学参数对边坡稳定性的影响32
• 3.3.2 外界环境因素32
• 3.3.3 边坡几何参数对其稳定性的影响32-35
• 3.4 小结35-36
• 4 前窑子水库大桥桥址区水库塌岸机理研究36-48
• 4.1 前窑子水库大桥桥址区三维岸坡模型建立36-38
• 4.1.1 岩土体物理力学参数36-37
• 4.1.2 三维模型建立及模型网格划分37-38
• 4.2 前窑子水库大桥桥址区三维岸坡模型计算结果分析38-43
• 4.3 前窑子水库大桥桥址区岸坡塌岸类型43-46
• 4.3.1 侵蚀剥蚀型44
• 4.3.2 崩塌（落）型44-45
• 4.3.3 滑移型45-46
• 4.4 前窑子水库大桥桥址区塌岸演化分析46-47
• 4.5 小结47-48
• 5 前窑子水库大桥桥址区岸坡稳定性分析48-79
• 5.1 桥址区节理岩质岸坡模型概化48-51
• 5.1.1 几何模型48-49
• 5.1.2 离散元模型建立及力学模型本构关系的选取49-50
• 5.1.3 网格尺寸的选取50-51
• 5.2 自然状态下的岸坡稳定性分析51-63
• 5.2.1 边界条件的确定51
• 5.2.2 阻尼的选择51-52
• 5.2.3 自然状态下岸坡安全系数的求解52-62
• 5.2.4 库岸边坡渐进破坏过程62-63
• 5.3 地震荷载作用下的岸坡稳定性分析63-73
• 5.3.1 地震波的选取63
• 5.3.2 地震波的矫正63-65
• 5.3.3 计算模型及边界条件65
• 5.3.4 地震波的输入65-66
• 5.3.5 阻尼的选择66-67
• 5.3.6 地震荷载作用下岸坡安全系数求解67-70
• 5.3.7 岸坡动力响应分析70-73
• 5.4 水力作用下的岸坡稳定性分析73-76
• 5.4.1 结构面的地下水水力分布73
• 5.4.2 计算模型及边界条件73-74
• 5.4.3 水力作用下库岸边坡安全系数求解74-76
• 5.5 桥址区库岸边坡临界失稳状态位移分析76-77
• 5.6 水库岸坡设计规范取值77-78
• 5.6.1 前窑子水库大桥桥址区库岸边坡等级确定77
• 5.6.2 前窑子水库大桥桥址区岸坡安全系数推荐值选取77-78
• 5.7 小结78-79
• 结论与展望79-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85
• 攻读学位期间的研究成果85

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