本文關(guān)鍵詞：凍融作用對寒區(qū)巖堆邊坡穩(wěn)定性影響研究

  更多相關(guān)文章： 凍融作用 巖堆邊坡 穩(wěn)定性分析 室內(nèi)試驗 PFC~(2D)

【摘要】：隨著國家“一帶一路”政策的推進,高寒一大溫差地區(qū)基礎(chǔ)工程建設(shè)業(yè)也進入開局之年,低溫巖土力學(xué)問題被提升到全新高度�？紤]到寒區(qū)松散巖堆邊坡工程地質(zhì)性質(zhì)的特殊性、設(shè)計施工難度大、治理時間長等問題,因此開展凍融作用下巖堆邊坡的穩(wěn)定性研究具有重要的理論依據(jù)和實踐意義。以“田桓鐵路工程大前石嶺巖堆性質(zhì)及處置技術(shù)研究”實際工程項目為依托,通過理論公式計算、現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)凍融物理試驗、PFC2D數(shù)值模擬等多角度深入探討凍融作用下的巖堆邊坡穩(wěn)定性。主要研究內(nèi)容及成果概括如下：(1)推導(dǎo)含有凍脹力和滲流力的剩余推力公式,并計算實際巖堆邊坡不同工況下的穩(wěn)定性。巖堆在天然狀態(tài)下的隱式解穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.27。內(nèi)摩擦角φ增加1°,穩(wěn)定系數(shù)Fs增加0.045；黏聚力c增加1kPa,穩(wěn)定系數(shù)Fs增加0.007。在滲流作用下,穩(wěn)定系數(shù)Fs從大到小依次是天然無水,1/3,1/2,2/3,1(飽和)。在凍脹作用下,巖堆穩(wěn)定系數(shù)由滑帶面結(jié)冰后的σv、φ值綜合確定。(2)通過實際地形勘察,建立現(xiàn)場大尺寸室內(nèi)試驗,模擬凍融作用下的巖堆邊坡穩(wěn)定性。凍融作用下,巖堆穩(wěn)定性呈“穩(wěn)定→不穩(wěn)定→新的穩(wěn)定→新的不穩(wěn)定”的發(fā)展態(tài)勢。開挖后,在初次凍融循環(huán)過程中,以坡面表層塊體的翻滾或滑移為主；多次凍融循環(huán)作用下,巖堆總體處于穩(wěn)定狀態(tài),但如開挖較陡的坡面出現(xiàn)有突發(fā)性大規(guī)�？逅�。在近20次巖塊的凍融試驗中,巖體裂隙一直處于“凍脹→融縮”彈性狀態(tài)。(3)利用離散元PFC2D軟件,計算室內(nèi)試驗的巖堆邊坡的穩(wěn)定性。凍脹力發(fā)生在深層時,坡角越大,X、Y軸位移越明顯,X位移大于Y軸；凍脹力發(fā)生在淺層時,坡角越大,X、Y軸位移越明顯,Y位移大于X軸。在巖堆邊坡中后部凍脹力釋放集中,呈現(xiàn)“增長→釋放→增長→釋放”循環(huán)過程,并且持續(xù)增長；在巖堆前部,凍脹力釋放及時,增長呈現(xiàn)波動現(xiàn)象,但增長幅度很小。凍脹力首先產(chǎn)生在埋深較厚的位置,在凍脹的過程中,凍脹力在凍脹層內(nèi)沿邊坡傾角向下、向上同時傳遞。中間層的凍脹力最大,兩側(cè)的凍脹力逐漸減弱。如果存在凍脹層有露出邊坡表面的情況,此處的凍脹力為零。綜上所述：從整體計算、外在試驗現(xiàn)象、內(nèi)在凍脹力等多角度,分析了凍融作用下巖堆邊坡的穩(wěn)定性,為寒區(qū)巖堆邊坡的設(shè)計施工提供可靠依據(jù),為后續(xù)類似工程提供參考。
【關(guān)鍵詞】：凍融作用 巖堆邊坡 穩(wěn)定性分析 室內(nèi)試驗 PFC~(2D)
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU457
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 選題的依據(jù)和意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.1 巖體凍融試驗研究12-14
• 1.2.2 寒區(qū)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性研究14-15
• 1.2.3 巖堆邊坡穩(wěn)定性研究15-17
• 1.2.4 顆粒流PFC在邊坡中應(yīng)用研究17-18
• 1.3 研究內(nèi)容與技術(shù)線路18-20
• 1.3.1 研究內(nèi)容18
• 1.3.2 技術(shù)線路18-20
• 第2章 巖堆邊坡凍融穩(wěn)定性計算理論研究20-31
• 2.1 融化狀態(tài)下巖堆穩(wěn)定性公式20-24
• 2.1.1 公式推導(dǎo)20-22
• 2.1.2 計算公式應(yīng)用條件22-24
• 2.2 凍結(jié)狀態(tài)的巖堆穩(wěn)定性公式24-27
• 2.2.1 凍脹力的選取24
• 2.2.2 公式推導(dǎo)24-26
• 2.2.3 計算公式應(yīng)用條件26-27
• 2.3 凍融過程中的巖堆穩(wěn)定性公式27-28
• 2.3.1 公式推導(dǎo)27-28
• 2.3.2 公式說明28
• 2.4 顯式解與隱式解的關(guān)系28-30
• 2.5 小結(jié)30-31
• 第3章 巖堆工程實例計算31-53
• 3.1 研究的意義31-32
• 3.2 巖堆區(qū)域的工程環(huán)境32-33
• 3.2.1 氣候條件32
• 3.2.2 地形地貌32-33
• 3.3 巖堆邊坡成因初步分析33-35
• 3.3.1 凍融裂解形成33
• 3.3.2 凍融作用對巖體裂隙影響試驗33-35
• 3.4 巖堆邊坡塊體粒徑統(tǒng)計與分析35-40
• 3.4.1 分段統(tǒng)計準(zhǔn)備35-36
• 3.4.2 第一段坡面統(tǒng)計分析36-37
• 3.4.3 第二段坡面統(tǒng)計分析37-38
• 3.4.4 第三段坡面統(tǒng)計分析38-40
• 3.5 巖堆邊坡的穩(wěn)定性定性分析40-41
• 3.6 巖堆滑面力學(xué)參數(shù)的選取41-42
• 3.6.1 滑帶分析41-42
• 3.6.2 試驗參數(shù)42
• 3.7 穩(wěn)定性理論公式定量分析42-52
• 3.7.1 計算條件42-43
• 3.7.2 天然巖堆邊坡穩(wěn)定性分析43-45
• 3.7.3 浸潤線變化對整體邊坡的穩(wěn)定性45-48
• 3.7.4 冰凍層在底層對巖堆邊坡的影響48-50
• 3.7.5 不同冰凍層厚度對條塊剩余下滑力F的影響50-52
• 3.8 小結(jié)52-53
• 第4章 凍融作用對巖堆邊坡穩(wěn)定性影響模型試驗研究53-80
• 4.1 工程概述和試驗?zāi)康?/span>53-54
• 4.2 模型試驗基本條件54-56
• 4.2.1 試驗?zāi)M斷面的選取54
• 4.2.2 試驗室內(nèi)外氣溫統(tǒng)計54-56
• 4.3 物理模擬模型試驗構(gòu)建56-62
• 4.3.1 相似比理論及確定56-57
• 4.3.2 巖堆邊坡下臥基巖的物理模擬57-58
• 4.3.3 巖堆邊坡巖塊的模擬58
• 4.3.4 巖堆邊坡角度的模擬58-59
• 4.3.5 試驗室的構(gòu)造59-60
• 4.3.6 物理模擬試驗?zāi)Ｐ拖涞脑O(shè)計與構(gòu)建60
• 4.3.7 試驗儀器和設(shè)備60-62
• 4.4 凍融作用對天然巖堆邊坡穩(wěn)定性影響分析62-69
• 4.4.1 引言62-63
• 4.4.2 位移計布置63-64
• 4.4.3 試驗室溫度條件64-65
• 4.4.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析65-69
• 4.5 開挖對巖堆邊坡穩(wěn)定性影響分析69-74
• 4.5.1 試驗概述69
• 4.5.2 開挖對巖堆邊坡穩(wěn)定性影響分析69-74
• 4.6 凍融作用對人工開挖巖堆邊坡穩(wěn)定性的影響74-78
• 4.6.1 試驗概述74
• 4.6.2 第1個冰雪融化期試驗結(jié)果分析74-76
• 4.6.3 第2個冰雪融化期試驗結(jié)果分析76-78
• 4.7 小結(jié)78-80
• 第5章 基于PFC~(2D)巖堆邊坡穩(wěn)定性數(shù)值模擬80-105
• 5.1 數(shù)值模擬的意義80
• 5.2 顆粒流(PFC~(2D))數(shù)值模擬理論80-84
• 5.2.1 顆粒流基本介紹80-81
• 5.2.2 顆粒流法基本方程81-83
• 5.2.3 顆粒流法接觸模型83-84
• 5.3 數(shù)值模型建立的理論基礎(chǔ)84-86
• 5.3.1 模型設(shè)計流程84-85
• 5.3.2 模型構(gòu)建理論85
• 5.3.3 邊界伺服法建模85-86
• 5.4 巖堆凍脹試驗的數(shù)值模型86-90
• 5.4.1 模型建立86-88
• 5.4.2 模型參數(shù)88-89
• 5.4.3 模型合理性檢查89-90
• 5.5 凍脹力分析90-93
• 5.5.1 凍脹力結(jié)果分析90-91
• 5.5.2 凍脹力過程分析91-93
• 5.6 凍脹力與位移的計算過程分析93-99
• 5.6.1 后部凍脹力與位移的關(guān)系93-95
• 5.6.2 中部凍脹力與位移的關(guān)系95-97
• 5.6.3 前部凍脹力與位移的關(guān)系97-99
• 5.7 巖堆前部表層的凍脹巖塊分析99-102
• 5.7.1 問題的背景99-100
• 5.7.2 飽水石塊的室內(nèi)凍脹試驗100
• 5.7.3 數(shù)值模擬分析100-102
• 5.8 試驗數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬對比分析102-103
• 5.9 小結(jié)103-105
• 第6章 結(jié)論與展望105-107
• 6.1 結(jié)論105-106
• 6.2 展望106-107
• 致謝107-108
• 參考文獻108-113
• 攻讀工程碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及參與課題113

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本文編號：1058253