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土质地层地陷机理分析及数值模拟

张子真  
【摘要】:地陷是指在自然因素或人类活动因素影响下,地面由于地下物质移动而发生的渐进下陷或急剧下沉。目前地陷研究主要在现场勘察、机理分析、概率分析和数值模拟这几个方面开展,尚未建立能描述地陷的模型,也极少提出预测地陷的方法。本论文采用土体塑性极限平衡理论、散体流动理论和数值模拟方法对地陷的相关方面进行了研究,主要工作和取得的成果如下: (1)通过调研大量文献资料,了解了国内外地陷的研究现状;通过总结和归纳已有研究成果,对地陷进行了分类,提出了地陷研究要解决的一些关键问题。 (2)采用塑性极限平衡理论建立了软土地陷的物理模型,提出了地陷安全系数的计算公式,利用数学原理证明了地陷发生时破坏面为圆柱面,同时逐个分析了地陷安全系数随相关参数变化的规律;分析结果表明,地陷安全系数随破坏面半径、大气压力折减系数和土的重度增大而减小;随上覆土层厚度、土的粘聚力增大而增大。根据得到的结论对已有地陷灾害现象进行了分析和说明,并提出了地陷的预测方法和预防措施。 (3)采用散体流动理论提出了巨粒土流失判别条件,首先建立了巨粒土地陷物理模型,然后分析了地陷的发展规律,分析结果表明,地陷时地表沉降速度是先慢后快,具有很大隐蔽性;最后提出了地陷预测公式,该公式可以根据地表沉降观测结果判断巨粒土流失程度,以提出最佳的防治时机。 (4)利用FLAC3D软件模拟了粘性土层地陷发展过程,分析了不同上覆土层厚度和土层空洞半径条件下,模型的塑性区和位移场,定性分析了普通粘性土地层地陷发展规律。


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