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《长沙理工大学》 2015年
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层状岩质边坡稳定性的模型试验研究与数值验证

张璟  
【摘要】:边坡失稳是人类工程建设中最常见的地质灾害之一。无论是人为因素还是自然因素造成的边坡失稳,有时其代价是非常大的,严重制约了国民经济的提升和社会的可持续发展。层状岩质边坡是指在岩体内有一组优势板裂层状结构或者原生层状结构的边坡,分布较广,发生失稳破坏的情况也较多。由于岩体的复杂结构特性,想要彻底弄清层状岩质边坡失稳破坏的机理并不容易。本文以某等厚层状岩体为原型,进行了层状岩质边坡的稳定性室内模型试验和数值模拟分析,具体工作如下:1.以相似理论为依据,根据物理模型试验的要求,设计制作了室内旋转边坡模型装置,该装置主要包括模型支架、旋转平台、抬升系统和测量系统。旋转平台增加了侧向约束可移动支撑板,可以模拟二维和三维工况,平台最大可旋转角度为45°,可开展土质和岩质等多种材料和工况下的模型试验。2.进行了4组模型试验,试验主要探究了:岩层倾角大小、岩体节理密度、边坡坡角、岩体的节理裂隙走向、岩体结构面内摩擦角对层状岩体边坡稳定性的影响,以及边坡发生破坏的变形规律等。3.利用非连续变形分析方法(DDA)和软件对模型试验中数组工况进行了数值模拟,分析了层状岩质边坡破坏变形的规律,以及岩层内摩擦角的改变对坡体稳定性的影响。通过研究分析认为,节理裂隙的走向越接近垂直于岩层倾向时,边坡越不稳定;节理裂隙密度越小,边坡越稳定;节理裂隙的贯通性越好时,边坡越容易发生破坏。顺层岩质边坡变形的方式主要为滑动变形,在滑动变形的过程中伴随有倾倒变形,破坏模式为滑移-拉裂破坏。坡体发生破坏时,滑动过程为分级滑动,临近坡面的坡体先产生滑动,上部变形速度大于下部变形速度。数值模拟结果能够较好的与物理模型试验结论相吻合,反映出物理模型试验的结论具有一定的客观性。
【关键词】:边坡 物理模型试验 层状岩质边坡 旋转边坡模型 非连续变形分析方法
【学位授予单位】:长沙理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TU457
【目录】:
  • 摘要5-6
  • ABSTRACT6-10
  • 第一章 绪论10-19
  • 1.1 研究的背景和意义10-11
  • 1.2 层状岩质边坡变形破坏类型11-13
  • 1.3 国内外研究现状13-17
  • 1.4 本文的研究内容与技术路线17-19
  • 第二章 模型试验原理及设计19-32
  • 2.1 相似现象和相似性质19-22
  • 2.2 相似第一定理22-24
  • 2.3 相似第二定理(Π定理)24-29
  • 2.4 相似第三定理29-30
  • 2.5 相似判据的推导30-32
  • 第三章 可旋转试验平台模型设计32-41
  • 3.1 旋转边坡模型设计32
  • 3.2 模型支架32-34
  • 3.3 旋转平台34-37
  • 3.4 抬升系统37-40
  • 3.5 本章小结40-41
  • 第四章 模型试验41-80
  • 4.1 小块体大密度节理分布试验41-64
  • 4.2 岩层与边坡夹角对于边坡岩体稳定性影响的分析64-68
  • 4.3 岩体节理密度对边坡岩体稳定性的影响试验68-71
  • 4.4 改变岩层中相似块体大小的验证性试验71-72
  • 4.5 坡角与岩层倾角之间的关系对边坡岩体稳定性的分析72-75
  • 4.6 节理走向对边坡稳定性的影响分析75-78
  • 4.7 本章小结78-80
  • 第五章 DDA数值模拟及对比分析80-96
  • 5.1 引言80-81
  • 5.2 非连续变形分析方法(DDA)基本理论81-83
  • 5.3 二维DDA程序的概述83-84
  • 5.4 DDA模拟计算84-95
  • 5.5 本章小结95-96
  • 结论与展望96-98
  • 结论96-97
  • 展望97-98
  • 参考文献98-100
  • 致谢100-101
  • 附录A101-102
  • 附录B102-103

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