三峡库区公路建设弃土场选址规划及稳定性评价

发布时间：2018-12-14 11:13

【摘要】：随着国家“十二五规划”及“西部大开发战略”的深入进行,我国公路建设规模得到了飞速发展。而因国民经济均衡发展以及迫切解决经济欠发达地区的交通“瓶颈”问题的需要,山区公路逐渐成为我国公路建设的重点和主战场。然而,受山区气候、地质地貌类型以及生态环境条件的限制,山区公路的桥隧开挖工程规模及其数量会远远高于一般公路建设项目,而这些桥隧开挖工程因工作需要难以避免的要产生大量的弃土、弃渣。因此,在山区进行公路建设时需要设置众多的弃土场来处置开挖工程产生的弃土弃渣。然而,我国至今尚未建立科学的、成体系的弃土场选址规划和稳定性评价标准,因而导致在工程实施过程中,弃方处置的随意性很大,由此引发了一系列问题。如水土流失、滑坡、泥石流等次生灾害问题。近年来这些事故频繁发生,已引起国家有关部门和社会的极大关注。以上述问题为出发点,本文以宜(宜昌)-巴(巴东)高速公路弃土场为研究对象,通过现场调研、资料搜集、试验分析、遥感图像分析、GIS空间分析、颗粒流理论、有限差分数值模拟技术及理论解译等多种相互耦合的方法,进行弃土场选址规划技术研究、弃土场渣体参数反演以及特殊因素对弃土场的稳定性影响研究。本文具体开展以下内容的研究： (1)在综合考虑经济因素、地形地貌条件、环境因素的基础上,基于遥感图像处理技术和GIS空间分析技术实现了弃土场选址规划。同时,课题中运用以上技术进行弃土场选址示例分析,示例证明应用基于遥感图像处理技术和GIS空间分析技术的选址技术选出的弃土场区位与传统选址规划方法选出的区位相比,更加科学、合理的,具有更为重要的应用意义。 (2)土体的力学参数作为土体强度的重要参数,对评价土体强度、稳定性具有重要意义。而不同级配条件下的土体作为一种复杂土体材料,其力学参数具有很大的差异性,为了能够更快、更准确的反演计算出不同级配下的土体的力学参数,本文基于颗粒流方法对由不同级配下土体材料的三轴剪切试验进行颗粒流数值模拟,建立不同级配下的土体材料的数值模拟试验方法,并将模拟结果与实验室实测试验结果进行了对比分析.结果表明,颗粒流模拟结果与实测试验结果具有较高的相似性,且两者应力应变规律几乎一致,从而验证了数值模拟模型的正确性,可基于此模型建立评价和预估混合土体材料的的模拟试验方法。 (3)爆破作为一种后期外部动力学荷载,对弃土场的稳定性有着极为重要的影响,而当前针对爆破动力荷载对弃土场稳定性的研究较少。为弥补该方面空缺,本文考虑爆破的地震效应,采用Ansys/Lesdyna有限元模拟技术反演出研究范围的爆破动力荷载强度,并根据实测爆破监测数据对反演出的爆破动力荷载进行校正,在此基础上,建立有限差分弃土场数值模拟模型,并将校正后的爆破动力荷载强度作为模型动力荷载边界,分别计算出边坡在施加动力荷载边界前后的稳定性,从而进一步评价爆破动力荷载对弃土场的稳定性影响,研究结果可为解决弃土场动力荷载问题提供一定的参考。 (4)采用嵌入式有限差分法二次开发技术实现基于改进多因素强度有限差分折减法的弃土场在降雨条件下的稳定性算法,并通过该算法对不同降雨入渗深度下弃土场边坡的变形失稳规律进行数值模拟,并与室内相应的人工降雨模型试验进行对比分析,得出了不同降雨入渗深度对非饱和弃土场边坡的稳定性和滑动面变化特征的影响规律。本文所获得的研究成果对于完善高速公路弃土场选址规划及稳定性分析方法、减少弃土场次生灾害、加强对弃土场的合理利用,具有积极的指导作用。
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【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U415;TU43

【参考文献】