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《兰州交通大学》 2016年
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土质高边坡稳定性分析与加固方法研究

曹太平  
【摘要】:随着大规模的山区工程建设,必然会对自然山坡进行大幅度的改造与破坏,即引起边坡的应力重分布,因此边坡的稳定性在开挖过程中处于动态变化,开挖支护时序及施工期内的降雨量等因素对边坡的稳定性都有较大的影响。若治理不当,很有可能发生边坡失稳。因此,研究边坡开挖支护过程中的变形规律、稳定性及其实时加固方法,对开挖边坡有着非常重要的实际意义。本文以兰州市北环路南坡坪~慈恩寺段(K0+100~K5+100)高边坡工程为依托,应用现场监测与数值模拟相结合的方法,对其在开挖过程中的稳定性及在分步开挖支护过程中各级框架锚杆之间的相互影响规律进行了较深入、全面的研究。论文首先在查阅大量文献资料的基础上,对高边坡开挖过程中的稳定性、边坡开挖支护理论国内外研究现状进行了归纳总结,系统分析了影响高边坡稳定性的影响因素;结合兰州市北环路南坡坪~慈恩寺段高边坡实际工程,设计了一套符合现场需求的监测方案和监测系统;并及时把监测到的数据迅速的反馈到设计及施工人员,为制定下一步边坡开挖计划提供技术保障。以兰州市北环路南坡坪~慈恩寺段典型边坡为原型,利用MIDAS-GTS有限元计算软件,分别建立了不支护开挖和用框架锚杆支护开挖的数值计算模型,分析了不同开挖支护时序对边坡水平位移、竖向位移、最大剪切应变及边坡稳定安全系数等变量的影响。由数值分析结论和监测结果相结合,为边坡制定正确、有效的开挖支护时序提供参考,以防止边坡在开挖过程中由于变形过大而发生失稳。最后,以框架锚杆支护高边坡开挖为数值计算模型,分析了框架锚杆支护工况下锚杆的轴力和框架梁的弯矩,通过轴力和弯矩的变化规律分析了边坡分步开挖支护过程中各级框架锚杆之间的相互影响规律。为框架锚杆的设计提供了一定的参考价值。本文研究工作可为土质高边坡多级框架锚杆的设计计算提供理论参考,并可推广应用到类似的工程中,具有重要的理论与实际意义。
【关键词】:土质高边坡 现场监测 数值模拟 稳定性 变形 框架锚杆
【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】:TU43
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 1 绪论9-14
  • 1.1 研究背景与意义9
  • 1.2 国内外研究现状9-12
  • 1.2.1 边坡稳定性分析研究沿革9-10
  • 1.2.2 边坡开挖支护理论研究现状10-12
  • 1.3 研究的主要内容12-14
  • 2 高边坡稳定性影响因素及破坏形式研究14-22
  • 2.1 高边坡稳定性的影响因素14-16
  • 2.1.1 自然因素14-16
  • 2.1.2 人为因素16
  • 2.2 边坡变形破坏模式16-20
  • 2.2.1 边坡的岩土体结构17-18
  • 2.2.2 边坡破坏变形模式分析18-20
  • 2.3 边坡病害治理工程措施20-21
  • 2.3.1 国际上边坡病害治理分类20-21
  • 2.3.2 我国常见的边坡治理工程类型21
  • 2.4 本章小结21-22
  • 3 土质多级高边坡开挖过程中的现场变形监测及分析22-37
  • 3.1 工程概况22-23
  • 3.2 边坡开挖设计与加固23-24
  • 3.3 现场监测系统设计24-36
  • 3.3.1 边坡变形监测的方法24-26
  • 3.3.2 边坡变形监测项目及仪器的选定26-27
  • 3.3.3 监测测点的布设27-28
  • 3.3.4 边坡施工期现场监测结果分析28-36
  • 3.4 本章小结36-37
  • 4 边坡开挖支护时序有限元分析37-57
  • 4.1 MIDAS/GTS软件简介37-38
  • 4.2 模型的建立38-40
  • 4.3 无支护边坡开挖结果分析40-47
  • 4.3.1 开挖时步对水平位移的影响40-42
  • 4.3.2 开挖时步对竖向位移的影响42-43
  • 4.3.3 开挖时步对最大剪切应变的影响43-45
  • 4.3.4 开挖时步对边坡安全系数的影响45
  • 4.3.5 开挖过程各测点位移变化情况45-47
  • 4.4 及时支护情况下边坡开挖结果分析47-56
  • 4.4.1 及时支护对水平位移的影响48-49
  • 4.4.2 及时支护对竖向位移49-51
  • 4.4.3 及时支护对最大剪切应变的影响51-52
  • 4.4.4 及时支护对边坡安全系数的影响52-53
  • 4.4.5 及时支护后各测点的位移变化情况53-56
  • 4.5 本章小结56-57
  • 5 分级开挖中框架锚杆加固机理与受力特征分析57-71
  • 5.1 概述57
  • 5.2 数值模拟分析锚杆与框架锚杆的加固机理57-64
  • 5.2.1 锚杆的作用57-60
  • 5.2.2 框架锚杆的作用60-64
  • 5.3 分级开挖中多级框架锚杆受力特征分析64-70
  • 5.3.1 锚杆轴力结果分析64-67
  • 5.3.2 框架梁弯矩结果分析67-70
  • 5.4 本章小结70-71
  • 6 结论与展望71-73
  • 6.1 结论71-72
  • 6.2 展望72-73
  • 致谢73-74
  • 参考文献74-78
  • 攻读学位期间的研究成果78

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