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《长安大学》 2004年
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青藏高原多年冻土区斜坡稳定性研究

靳德武  
【摘要】:青藏高原地区冻土分布面积达1.5×10~6 km~2,占我国多年冻土分布面积的70%,在全球气候转暖的背景下,多年冻土有着退化的趋势。而青藏高原地区的各类工程活动则进一步加剧了多年冻土退化的趋势,由此引发的冻融灾害不仅威胁着公路、铁路、桥梁、输油管道等线性工程的建设,而且导致寒区生态环境恶化,使多年冻土丧失恢复能力,热融滑塌就是最为典型的斜坡冻融灾害。 本文从青藏高原多年冻土区冻土斜坡失稳类型分析、典型冻土斜坡地质结构分析入手,通过对青藏公路K3035里程典型斜坡热融滑塌模型试验研究、稳定性分析、现场监测、温度场和变形场数值分析,开展了青藏高原多年冻土区斜坡稳定性研究,取得了如下成果: ① 在全面总结青藏公路沿线有关斜坡研究成果的基础上,通过调查对青藏高原多年冻土区冻土斜坡失稳类型进行了划分,根据其形成原因和冻土赋存环境,正融土滑坡可以划分为两种类型:融冻泥流型和热融滑塌型;正冻土滑坡可划分为两种类型,即蠕变型滑坡和崩塌型滑坡。 ② 在青藏高原多年冻土区斜坡地带活动层土体沿确定的滑动面(冻融界面、厚层地下冰面)在融化季节滑动形成融冻泥流和热融滑塌两类典型的滑坡灾害。热融滑塌的失稳因素可以归结为:a.厚层地下冰的存在且埋藏深度较浅易受地表气温变化的影响,形成冰土分界面相对隔水且抗剪强度极低的滑坡条件,这是热融滑塌形成的内在因素;b.不合理取土或自然营力侵蚀引起的厚层地下冰的暴露且使坡体形成临空面而使其失去支承力,这是热融滑塌形成的外在因素(诱发因素)。 ③ 青藏公路K3035热融滑塌的显著特点是滑塌体不是整体一次性滑动,目前的滑坡范围扩展是从后缘原坡体融化、开裂、坍塌,塌落的土体沿滑面滑动。扩展发育时期为每年气温正值期,且主要集中在0~2m深度土体范围内,处于融化状态的7-10月。综合2000~2002年3年内滑坡范围扩展情况,估算现今滑坡范围向后扩展的速度为5m/a。 ④ 任何滑坡的产生,水分条件的变化是其重要的影响因素。热融滑塌更是如此,现场监测结果表明:融化季节在青藏公路K3035滑体2m以上范围的土体含水量高于冰层之上的粉质粘土液限值;在青藏公路K3057处大于同期对未滑动活动层土体的含水量的测量结果,即滑体水分显著高于原土体。冰面水分的聚集主要是由地下冰的融化所引起,正是由于大量融化水的存在,使得土体强度显著降低,并沿地下冰面产生了滑动。 ⑤ 根据相似理论第一定律,应用积分类比法推导并建立了冻土斜坡模型试验的相似指标和相似判据,得出以原状土作为模型介质时,6个相似常数可以减少为2个相似常数,即c_τ和c_ι。模型与原型的时间比例尺是由几何比例尺决定的,即c_τ=c_ι~2,仅有一个相似参数为自变量,另一个为因变量。应用自行设计的变形测量装置对斜坡土体表面冻胀和融沉进行了计算和分析,得出冻土斜坡的融沉变形远远大于冻胀变形的结论,与青藏公路沿线多年冻土地区公路路基变形观测结果一致。通过模型试验,得出变形场受温度场控制的结论,并在多个冻融循环中,存在着一个斜坡后继变形的“温度门限”,控制着斜坡变形 的进一步发展。这些成果填补了多年冻土区滑坡研究的空白,为青藏高原多年 冻土区道路工程建设中滑坡整治提供了依据。 ⑥本文推导了相变热传导问题微分控制方程的一般形式,应用有限元法对 青藏公路K3035斜坡地温场和变形场进行了模拟,建立了冻土斜坡温度场和变 形场数值分析模型。模拟了滑坎后缘拉张区5年内位移变化情况,得出冻土滑 坡体每一年中位移由两个阶段即稳定阶段和非稳定阶段组成的结论,稳定阶段 对应台阶面,非稳定阶段对应台阶壁;每一个台阶面均向右微微“上翘”,可 以得出土体在冻结过程中还发生上坡位移,而不单单仅存在下坡位移,这一计 算结果与风火山冻土蠕变监测结果取得了很好的一致。从模拟坡面内不同深度 对应的下坡位移可以得出冻土斜坡的位移主要发生在浅部,深部基本不发生位 移的结论,与青藏公路K3035斜坡现场测斜监测资料一致。采用基于灰色系统 理论的GM(1,1)模型,对滑塌距离动态变化进行预测,计算滑塌距离为5.76m, 误差为12.94%,说明所建立的GM(1,1)模型可以作为青藏公路K3035滑塌距离 年内月平均变化的预测模型。 ⑦应用有效应力原理推导了不同渗流条件下无限斜坡稳定性分析的计算 公式,对各种不同表达形式的安全系数进行了讨论和对比,得出在流线平行于 斜坡条件下,两类特殊条件(干土坡、饱水土坡)下的分析结果与相同情况下 安全系数统一式结果相一致的结论;当已=O及0(m(l时,无限斜坡安全系数的 通式为尸=[(1一m)+m 上]竺旦竺 ysat tana 流线为相互平行的水平线、流线与坡向一致两种 情况分别为孔隙压力和安全系数的两种特例。流线与水平线的夹角为。‘刀‘a, 二,.、二二/。、__刀_____:__:____翔。二。,,、。卜、、、。 孔隙水压力u(刀)=mzy*一二mzr,sin,a,刀一。和刀=a分别对应上述两种极 口 值情况(流线为相互平行的水平线、流线与坡向一致)。 ⑧绘制出了不同坡度、不同含水条
【学位授予单位】:长安大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:P642.14

【引证文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李智毅;张欣海;王建锋;;重庆市沿江地带斜坡稳定性研究[A];第四届全国工程地质大会论文选集(一)[C];1992年
2 曾磊;张茂省;黄玉华;武文英;;优势入渗通道对黄土斜坡稳定性影响研究[A];2011年全国工程地质学术年会论文集[C];2011年
3 易萍华;罗嗣海;侯龙清;;江西宜黄县城区斜坡稳定性初步评价[A];第六届全国工程地质大会论文集[C];2000年
4 练操;晏鄂川;;极限平衡法计算斜坡稳定性中的地下水作用分析[A];全国岩土与工程学术大会论文集(上册)[C];2003年
5 张永双;卿三惠;郭长宝;苟定才;曲永新;石菊松;;虎跳峡冷都复杂斜坡体的基本特征及稳定性初步分析[A];中国地质学会工程地质专业委员会2006年学术年会暨“城市地质环境与工程”学术研讨会论文集[C];2006年
6 武彩霞;戴福初;闵弘;涂新斌;邝国麟;周跃峰;;台塬塬顶裂缝对黄土斜坡水文响应的影响[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(上)[C];2012年
7 胡德富;孔宪立;李华;;地下采空区引起的地表斜坡变形和滑移的研究[A];第四届全国工程地质大会论文选集(三)[C];1992年
8 唐贵林;;广元市山地地质灾害对高压输电线路杆塔的危害及防治对策[A];第六届全国工程地质大会论文集[C];2000年
9 孙强;张小宝;秦四清;杨继红;;关于边坡非线性研究的几点思考[A];中国科学院地质与地球物理研究所2007学术论文汇编(第七卷)[C];2008年
10 付志刚;李林民;刘建都;王磊;;黄河小浪底水库庙上北滑坡稳定性分析[A];第一届全国水工岩石力学学术会议论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 本报记者 陈宗立 通讯员 韩业庭;兰州地质灾害缘何频繁发生[N];光明日报;2009年
2 应勇华;沪昆高铁江西段地灾评估完成[N];中国国土资源报;2009年
3 胡瑞林 中国科学院地质与地球物理研究所;降雨型滑坡研究:为灾害防治搭建平台[N];中国水利报;2009年
4 实习生 李思宇 记者 陈云芬;防治结合 科学防灾[N];云南日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 曾斌;恩施地区志留系地层斜坡灾变智能化预测研究[D];中国地质大学;2009年
2 靳德武;青藏高原多年冻土区斜坡稳定性研究[D];长安大学;2004年
3 柴波;巴东新城区库岸斜坡岩体结构系统研究[D];中国地质大学;2008年
4 吴圣林;崩塌—推覆滑移地质体成因机理及其稳定性研究[D];中国矿业大学;2008年
5 吕义清;煤矿井工开采条件下斜坡变形破坏模式及稳定性研究[D];太原理工大学;2013年
6 王科;改进的斜坡三维极限平衡法研究及应用[D];吉林大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 康超;确定性模型在黄土沟壑区斜坡稳定性预测中的应用[D];兰州大学;2010年
2 张楠;大渡河巴拉水电站近坝库区果尔巫段斜坡稳定性分析[D];成都理工大学;2011年
3 米涛;锦屏对外专用公路牦牛山西段斜坡稳定性研究[D];成都理工大学;2011年
4 朱麟晨;窑头2号隧道进口段斜坡不良地质体与隧道相互作用机理的研究[D];西南交通大学;2009年
5 姚远恒;四川省安县新院子不稳定斜坡稳定性分析与评价[D];成都理工大学;2012年
6 邵长庆;重庆市巫山县李家坡斜坡稳定性研究[D];石家庄经济学院;2011年
7 王晓辉;攀枝花新白马铁矿及及坪采场破碎站潜在不稳定斜坡稳定性研究[D];成都理工大学;2011年
8 张新军;铜川地区黄土滑坡的机理、稳定性及防治措施研究[D];西北大学;2004年
9 陈积普;水岩化学作用过程及其对滑坡孕育的贡献[D];昆明理工大学;2006年
10 马莹;糯扎渡水电站泄洪雾化区斜坡稳定条件演化研究[D];成都理工大学;2007年
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