本文關鍵詞：基于能量守恒的滑坡穩(wěn)定性評價及動力學模型研究

  更多相關文章： 滑坡 能量守恒 徑向條分 穩(wěn)定性計算模型 動力學模型

【摘要】：滑坡研究是世界上公認的尖端課題,其復雜性和隨機性給科研人員帶來巨大的挑戰(zhàn),同時又吸引著科研人員對其不斷的探索。本文就滑坡的穩(wěn)定性分析和滑坡破壞后運動過程研究兩大問題作為研究目標,以能量守恒的理念作為切入點,采用徑向條分法建立分析模型,通過假設虛擬位移,建立滑坡穩(wěn)定性計算的數學模型,并推導了滑坡運動過程中能量守恒方程,建立滑坡運動數學模型。將所建立的模型應用于工程實例,驗證其合理性和適用性。具體研究內容及取得的主要研究成果如下:1)依據滑坡運動過程中的“平動”和“轉動”失穩(wěn)模式,采用徑向條分法建立滑坡穩(wěn)定性計算和運動過程的物理分析模型。與垂直條分法相比,對于滑面呈弧形的滑坡,徑向條分法建模更符合滑坡“轉動”的失穩(wěn)模式。2)基于能量守恒思想,采用徑向條分法,假設虛擬位移,建立滑坡的穩(wěn)定性計算數學模型。基于虛擬位移ds,推導了滑坡重力勢能增量?U和滑面摩擦耗能?W,定義了能量法滑坡穩(wěn)定性系數Sc??W?U,分別給出了在不考慮地下水和考慮地下水兩種情況下滑坡穩(wěn)定系數Sc的數學表達式。通過算例分析,并與極限平衡法中的簡布法計算結果對比,結果表明,在不考慮地下水情況下,能量法的計算結果與簡布法較為接近,且前者穩(wěn)定系數略高,差值比為0.19%;在考慮地下水影響的情況下,能量法計算結果與簡布法的差值比為9.77%,前者穩(wěn)定系數較低,即能量法中地下水對滑坡穩(wěn)定性系數影響較大。基于算例1,對模型的主要參數進行了關于穩(wěn)定系數Sc的敏感性分析。3)基于能量守恒思想,采用徑向條分法,推導了滑坡運動過程的能量守恒方程,建立滑坡破壞后運動數學模型。滑坡在運動過程中,重力勢能、動能、摩擦內能之間相互轉化,且保持總的能量守恒,從而建立能量守恒方程,借助MATLAB計算軟件,求解能量守恒方程。通過設計2個不同堆積坡角的滑坡運動算例,并與廣泛應用的潘家錚滑坡運動計算法和離散元法的計算結果進行對比分析,結果表明:能量法的運動時長與潘家錚法較為接近,小于離散元法;能量法的滑距與離散元法較為接近,大于潘家錚法;能量法的位移速率峰值在3種方法中最大,其次為潘家錚法,離散元法位移速率峰值最小。4)將本文所建立的基于能量守恒的滑坡穩(wěn)定性計算模型和動力學模型應用于工程實例中,驗證了模型的合理性及適用性。選取了2015年11月失穩(wěn)的浙江麗水里東村滑坡作為工程實例一,代表了以降雨為主要觸發(fā)因素的公路滑坡,其穩(wěn)定性計算結果和運動過程計算結果均能較好的反映該滑坡的實際情況。選取了2003年7月失穩(wěn)的秭歸縣千將坪滑坡作為工程實例二,代表了以庫水位變化為主要觸發(fā)因素的水庫滑坡,計算結果亦驗證了本文所建滑坡穩(wěn)定性計算模型和滑坡動力學模型的合理性及適用性。5)基于能量法的滑坡穩(wěn)定性計算模型和滑坡運動模型較其它方法具有一定的優(yōu)勢。從建模方法上來看,針對滑面呈圓弧型的滑坡,能量法的徑向條分建模方法較垂直條分法更符合滑坡體滑移-旋轉的運動模式。從研究方法上來看,能量法以滑塊為研究單元,從微觀到宏觀,計算系統(tǒng)內部各能量變化,以能量守恒方程控制滑坡體的整個運動過程,避免了滑塊間復雜的力學計算過程。最后從算例及實例的計算結果來看,能量法在滑動面呈圓弧型的滑坡應用中更為合理。
【關鍵詞】：滑坡 能量守恒 徑向條分 穩(wěn)定性計算模型 動力學模型
【學位授予單位】：三峽大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P642.22
【目錄】：

• 內容摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-22
• 1.1 研究目的及意義11-13
• 1.2 國內外研究現狀13-19
• 1.3 主要研究內容19-20
• 1.4 論文創(chuàng)新點20
• 1.5 技術路線20-22
• 2 滑坡能量守恒分析模型理論基礎22-25
• 2.1 能量守恒原理22
• 2.2 動能定理22-23
• 2.3 徑向條分法23
• 2.4 基本假設23-24
• 2.5 本章小結24-25
• 3 基于能量守恒的滑坡穩(wěn)定性計算模型25-42
• 3.1 基本原理及概念25
• 3.2 物理力學模型25-26
• 3.3 重力勢能改變量26-27
• 3.4 滑動摩擦內能增量27-32
• 3.5 穩(wěn)定性系數表達式32-33
• 3.6 算例分析33-37
• 3.7 極限平衡法對比分析37-38
• 3.8 參數對穩(wěn)定系數的敏感性分析38-41
• 3.9 本章小結41-42
• 4 基于能量守恒的滑坡破壞后運動模型42-82
• 4.1 基本原理及概念42
• 4.2 物理力學模型42-44
• 4.3 重力勢能改變量44-47
• 4.4 動能增量47-48
• 4.5 滑動摩擦內能增量48-51
• 4.6 能量守恒方程51-54
• 4.7 算例分析54-64
• 4.8 潘家錚法對比分析64-73
• 4.9 離散元法對比分析73-80
• 4.10 本章小結80-82
• 5 工程實例應用82-106
• 5.1 浙江麗水里東村滑坡實例應用82-96
• 5.2 秭歸千將坪滑坡實例應用96-105
• 5.3 本章小結105-106
• 6 結論與展望106-108
• 6.1 主要結論及研究成果106-107
• 6.2 后續(xù)研究及展望107-108
• 參考文獻108-114
• 致謝114-116
• 附錄：攻讀碩士學位期間發(fā)表的部分學術論著116-117
• 附表117-150

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