基于应变信息的边坡稳定性分析和模拟研究

发布时间：2020-11-03 21:53

　　 本文以边坡滑动面上的应变或者位移突变作为边坡破坏的标志,采取数值模拟与模型试验相结合的方法,总结归纳了施加均布荷载、改变土体参数、边坡开挖等工况下,边坡内部应变分布规律及应变与边坡安全系数的关系。主要工作内容如下：(1)对边坡稳定性分析方法及失稳判据进行了总结,并对电阻应变片、FBG、BOTDR三种应变监测技术进行了重点介绍和对比。(2)采用强度折减法和极限平衡法相结合的方法,对逐级施加均布荷载情况下边坡稳定性进行了数值模拟研究。结果表明线应变最大点连线、剪应变增量最大点连线和极限平衡法确定的滑动面位置较为吻合,在此基础上提出了以滑移面上线应变的突变作为边坡失稳的判据,分析了该法在搜索滑动面位置方面的合理性及可行性。根据已有的水平特征应变值的概念,建立水平特征应变值与边坡安全系数之间的定性关系,为应变监测技术在滑坡灾害预警中的应用提供了理论支持。(3)对土体参数改变情况下边坡应变场的变化规律进行了数值模拟研究。结果表明,在黏聚力和内摩擦角较大的情况下,边坡中部首先出现应变集中区域；随着黏聚力(或内摩擦角)的减小,边坡内部多个区域会出现应变集中的情况,这预示着边坡内部存在多个潜在滑动面。当边坡接近破坏时,边坡内部应变集中区域减少,边坡从已有的应变集中部分(其中一个)发生破坏。此时线应变较大位置与边坡滑动面位置具有良好的一致性。(4)对边坡进行了分步开挖的数值模拟研究。在开挖过程中,边坡潜在滑动面的位置会不断发生变化,而边坡内部应变集中现象均是首先在坡脚位置出现。因而依据应变信息对边坡进行稳定性监测时,应优先选取边坡中部以及坡脚位置进行监测。(5)对边坡开挖条件下边坡稳定性的演化进行了模型试验研究。在整个开挖过程中,边坡内部应变呈现阶梯形变化。边坡中部位置应变明显大于两侧土体的应变,呈现应变集中现象。建立边坡线应变特征值与边坡安全系数之间的理论关系,并通过与边坡稳定性数值模拟部分的相关结论进行总结对比,验证了以应变信息作为边坡稳定性评价指标的可行性及适用性。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P642.22
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 问题的提出及选题意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 边坡稳定性分析方法研究现状
        1.2.2 边坡监测技术发展现状
    1.3 课题研究内容及思路
        1.3.1 课题研究内容
        1.3.2 课题研究思路
第二章 边坡稳定性评价方法
    2.1 边坡稳定性分析方法
        2.1.1 定性分析方法
        2.1.2 定量分析方法
        2.1.3 不确定性分析方法
    2.2 边坡应变监测方法
        2.2.1 电阻式应变片
        2.2.2 光纤光栅应变监测技术
        2.2.3 全分布式光纤传感应变监测技术
    2.3 边坡稳定性的评价指标
第三章 边坡稳定性数值模拟研究
    3.1 FLAC软件介绍
    3.2 土质边坡应力应变分布特征
    3.3 逐级施加荷载情况下边坡稳定性及应变场变化研究
        3.3.1 剪应变增量随荷载变化规律
        3.3.2 基于线应变突变的潜在滑动面搜索
        3.3.3 计算结果分析和讨论
    3.4 土体参数变化对边坡稳定性及应变场影响研究
    3.5 边坡开挖对边坡稳定性及应变场的影响研究
        3.5.1 边坡开挖过程中边坡剪应变增量变化规律
        3.5.2 边坡开挖过程中边坡线应变变化规律
    3.6 本章小结
第四章 边坡稳定性模型试验研究
    4.1 模型箱设计及试验仪器参数
    4.2 试验方案
    4.3 试验结果分析
        4.3.1 边坡开挖过程中应变变化规律
        4.3.2 线应变与边坡稳定性关系的探讨
    4.4 试验结论与讨论
        4.4.1 边坡开挖模型试验结论
        4.4.2 边坡开挖模型试验结果讨论
第五章 结论及展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢

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本文编号：2869152