论文中文题名: | 降雨作用下岩质边坡块体稳定性分析 |
姓名: | |
学号: | 19204209114 |
保密级别: | 保密(1年后开放) |
论文语种: | chi |
学科代码: | 085213 |
学科名称: | 工学 - 工程 - 建筑与土木工程 |
学生类型: | 硕士 |
学位级别: | 工程硕士 |
学位年度: | 2022 |
培养单位: | 西安科技大学 |
院系: | |
专业: | |
研究方向: | 边坡工程 |
第一导师姓名: | |
第一导师单位: | |
论文提交日期: | 2022-06-17 |
论文答辩日期: | 2022-05-30 |
论文外文题名: | Stability analysis of rock slope block under rainfall |
论文中文关键词: | |
论文外文关键词: | Rock slope ; Seepage-stress coupling ; Deterioration of structural plane strength ; Coordinate projection method ; Block stability |
论文中文摘要: |
降雨是导致边坡地质灾害的主要因素,而雨水渗流作用则是灾害发生的直接原因。由于雨水的作用,结构面强度逐渐降低,导致其切割出的块体稳定性下降,使块体产生塌落或滑动,最终引起边坡地质灾害的发生。由连续强降雨作用导致的崩塌、滑坡等地质灾害,对工程建设和人民生命财产的安全构成了严重的威胁,因此研究降雨作用下岩质边坡块体稳定性具有重要的理论意义及工程研究价值。为研究降雨对块体稳定性的影响,本文以云南省昭通市鲁甸县某边坡工程为研究背景,利用离散元软件进行数值模拟试验建立结构面强度劣化公式,基于坐标投影法提出不同含水率条件下的块体稳定性计算公式,采用有限元法分析边坡块体稳定性并给出块体失稳判据,通过以上研究对降雨作用下岩质边坡块体稳定进行评价。具体内容如下: (1)采用离散元法进行直剪试验数值模拟,研究不同含水率条件的岩石试样结构面强度变化。采用回归分析法研究结构面抗剪强度参数和孔隙水压力随含水率变化的劣化规律,结合有效应力强度准则,建立结构面抗剪强度随不同含水率变化的劣化数学模型。 (2)基于坐标投影原理,结合渗流-应力耦合作用下块体的受力模型,提出考虑不同含水率对结构面强度劣化的块体稳定性系数计算公式,实际工程表明提出的块体稳定性理论分析公式合理可行。 (3)采用有限元法研究岩质边坡块体在不同降雨条件下的应力、变形及稳定系数的变化。分析发现:降雨强度较大时,边坡孔隙水压力快速增大,随着降雨历时增加,雨水逐渐向下入渗,对边坡较深处应力影响较大;块体位移及稳定系数随降雨强度及降雨历时的增加分别呈现逐渐增大和不断减小的趋势。 (4)采用分项系数的极限状态法分析可能产生滑动块体的稳定系数变化规律;基于降雨过程中块体稳定性系数随降雨强度和降雨时长变化的函数曲线,提出降雨作用下岩质边坡块体失稳判据,为边坡工程灾害防治提供评价方法,具有重要的参考意义。 |
论文外文摘要: |
Rainfall is the main factor leading to geological disasters of slope, and the seepage of rainwater is the direct cause of disasters. Due to the effect of rain, the strength of the structural plane gradually decreases, resulting in the stability of the block cut out of the decline, so that the block collapse or slide, and eventually cause the occurrence of geological disasters of the slope. Geological disasters such as collapse and landslide caused by continuous heavy rainfall pose a serious threat to engineering construction and the safety of people's life and property. Therefore, it is of great theoretical significance and engineering research value to study the stability of rock slope block under the action of rainfall. To study the effect of rainfall on block stability, taking zhaotong city in yunnan province ludian a slope project as the research background, using the discrete element software numerical simulation experiment was carried out to establish the intensity of structural plane degradation formula, based on the coordinate projection method is put forward under the condition of different moisture content block stability calculation formula of the finite element method analysis of block stability of slope instability criterion and block is given, Based on the above research, the stability of rock slope block under rainfall is evaluated. The details are as follows: (1) The discrete element method was used to conduct numerical simulation of direct shear test to study the changes of structural plane strength of rock samples under different water content conditions. Regression analysis method was used to study the deterioration law of shear strength parameters and pore water pressure with water content. Combined with the effective stress intensity criterion, the deterioration mathematical model of shear strength with different water content was established. (2) Based on the principle of coordinate projection and combined with the force model of block under the coupled action of seepage and stress, the calculation formula of block stability coefficient considering the strength deterioration of structural plane caused by different water content is proposed. The practical project shows that the theoretical analysis formula of block stability is reasonable and feasible. (3) The finite element method is used to study the changes of stress, deformation and stability coefficient of rock slope block under different rainfall conditions. The results show that the pore water pressure increases rapidly when the rainfall intensity is high. With the increase of rainfall duration, the rainwater gradually infiltrates downward, which has a great influence on the stress in the deeper part of the slope. With the increase of rainfall intensity and rainfall duration, the block position shift and stability coefficient gradually increased and decreased, respectively. (4) The limit state method of partial coefficient is used to analyze the variation rule of stability coefficient which may produce sliding block; Based on the function curve of block stability coefficient changing with rainfall intensity and rainfall duration in the process of rainfall, the criterion of block instability of rock slope under rainfall action is proposed, which provides an evaluation method for slope engineering disaster prevention and control, and has important reference significance. |
参考文献: |
[1]孙广忠等, 中国典型滑坡[M]. 北京:科学出版社, 1988. [2]谷德振. 岩体工程地质力学基础[M]. 科学出版社, 1979. [3]孙广忠. 岩体结构力学[M]. 科学出版社, 1988. [4]王思敬等. 地下工程岩体稳定分析[M]. 科学出版社, 1984. [5]孙玉科等. 边坡岩体稳定性分析[M]. 科学出版社, 1988. [6]李鹏, 刘建, 朱杰兵, 等. 软弱结构面剪切蠕变特性与含水率关系研究[J]. 岩土力学, 2008, 29(7): 1865-1871. [15]张亮, 顾琳琳, 时伟, 等. 单节理结构面试件在渗流状态下抗剪强度研究[J]. 青岛理工大学学报, 2019, 40(03): 24-29. [16]裴觉民, 石根华, Goodman R.E.. 水电站地下厂房洞室的关键块体分析[J].岩石力学与工程学报, 1990, 9(1): 11-21. [18]周维垣, 孙钧. 高等岩石力学[M]. 北京: 水利水电出版社, 1989. [19]王泳嘉, 邢纪波. 离散单元法及其在岩土力学中的应用[M]. 东北大学出版社, 1991. [20]剑万禧. 离散单元法的基本原理及其在岩土工程中的应用[J]. 岩石力学与工程学报, 1986, (02): 165-172. [21]朱维申, 邱祥波, 王宝林. 可变性块体弹簧模型在边坡稳定分析中的应用[J]. 岩土力学, 1999, 20(4): 50-53. [24]徐俊, 谢礼明, 刘宇, 等. 基于三维激光扫描的岩体结构面识别与块体分析[J]. 人民长江, 2021, 52(S1): 309-312. [25]白向华. 基于数值分析法的岩质边坡开挖应力状态分析[J]. 水利规划与设计, 2020, (1): 137-139. [26]杨海燕, 李建强. 岩质边坡块体稳定分析强度指标的获取与应用[J]. 水利规划与设计, 2021, (8): 106-112. [27]王述红, 杨勇, 王洋, 等. 基于数字摄像测量的开挖空间模型及不稳块体的快速识别[J]. 岩石力学与工程学报, 2010, 29(1): 3432-3438. [28]李术才, 刘洪亮, 李利平, 等. 基于数码图像的掌子面岩体结构量化表征方法及工程应用[J]. 岩石力学与工程学报, 2017, 36(1): 1-9. [29]张奇华, 张煜, 李利平, 等. 块体理论在地下洞室围岩稳定分析中的应用进展[J]. 隧道与地下工程灾害防治, 2020, 2(4): 9-18. [30]高丙丽, 李铎, 李朗, 等. 基于坐标投影法岩质边坡块体稳定性分析及其可视化研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(01): 181-194. [31]石根华. 数值流形方法与非连续变形分析. 裴觉民译[M]. 北京: 清华大学出版社, 1997. [32]石根华. 岩体稳定分析的赤平投影方法[J]. 中国科学, 1977, (3): 260- 271. [34]刘锦华,吕祖珩. 块理论在工程岩体稳定性分析中的应用[M]. 北京: 水利电力出版社, 1988. [35]陈乃明, 刘宝深. 块体理论的发展[J]. 矿冶工程, 1993, 13(4): 15-18. [36]张勇慧, 郑榕明. DDA方法的改进及应用(英文)[J]. 岩土工程学报, 1998(02): 109-111. [37]吴建宏, 大西有三, 石根华, 西山哲. 三维非连续变形分析(3D DDA)理论及其在岩石边坡失稳数值仿真中的应用[J]. 岩石力学与工程学报, 2003(06): 937-942. [38]孙玉科, 李建国. 岩质边坡稳定性的工程地质研究. 地质学科, 1965, 4. [39]孙玉科, 古迅. 赤平极射投影在岩体工程地质力学中的应用. 北京: 科学出版社, 1980. [40]孙玉科. 岩体边坡稳定分析. 岩石力学与工程学报, 1986, 5(1): 91-102. [41]孙玉科, 姚宝魁, 许兵. 矿山边坡稳定性研究的回顾与展望. 工程地质学报, 1998, 6(4): 305-311. [42]古迅. 地下工程中块裂结构岩体的稳定分析. 中国科学院地质研究所, 岩体工程地质力学问题(三). 北京: 科学出版社, 1980. [43]王思敬. 赤平极射投影方法及其应用. 中国科学院地质研究所, 岩体工程地质力学问题(二). 北京: 科学出版社, 1980. [44]杨志法, 王思敬, 高丙丽. 坐标投影作图法及其在岩石块体稳定分析中的应用[M]. 北京: 科学出版社, 2009. [45]张立博, 付厚利, 秦哲, 等. 露天矿坑岩质边坡浸润线及稳定性研究分析[J]. 地质与勘探, 2017(6): 1174-1180. [46]何满潮, 姚爱军. 边坡岩体水力学作用的研究[J]. 岩石力学与工程学报, 1998, 17(6): 662-662. [47]王辉, 罗国煜. 顺层岩坡优势面水力学作用研究[J]. 自然灾害学报, 1998(4): 27-30. [48]杨治林. 地下水作用下复合介质边坡岩体的位移判据研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2003, 22(5): 830-823. [49]刘才华, 徐健, 曹传林,等. 岩质边坡水力驱动型顺层滑移破坏机制分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24(19): 3529-3529. [50]夏开宗, 陈从新, 鲁祖德, 等. 考虑水力作用的顺层岩质边坡稳定性图解分析[J]. 岩土力学, 2014, 35(10): 2985-2993. [51]陈有亮, 徐梁. 水与岩体的耦合作用及其对高边坡稳定性的影响[J]. 上海大学学报: 自然科学版, 2002, 8(3): 273-277. [52]李焕强. 台风暴雨引发公路水毁特征与边坡水毁机理[D]. 浙江大学, 2008. [53]张卓, 练继建, 杨晓慧, 等. 岩质边坡在降雨条件下的稳定性分析[J]. 哈尔滨工业大学学报, 2009(10): 202-205. [54]穆怀洋. 大岗山右岸边坡渗流分析与稳定性研究[D]. 武汉理工大学, 2013. [55]宋晓晨, 徐卫亚, 邵建富, 等. 雾雨作用下的非饱和边坡稳定性研究[J]. 河海大学学报: 自然科学版, 2002, 30(6): 16-20. [56]宁少庆. 考虑降雨入渗的裂隙岩体边坡渗流及稳定数值模拟[D]. 西安理工大学, 2013. [57]史绪鑫. 降雨入渗对裂隙岩质边坡稳定性的影响[D]. 大连理工大学, 2014. [59]邬爱清, 朱虹, 李信广. 一种考虑块体侧面一般水压分布模式下的块体稳定性计算方法[J]. 岩石力学与工程学报, 2000, (S1): 936-940. [60]姜清辉, 周创兵, 罗先启, 等. 块状结构岩体在一般水压分布模式下的不连续变形分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2005, (03): 401-405. [61]徐栋栋, 郑宏, 邬爱清, 等. 岩体渗流及参数敏感性对块体稳定性影响研究[J]. 计算力学学报, 2013, 30(S1): 168-173. [62]刘顺桂, 刘海宁, 王思敬, 等. 断续节理直剪试验与PFC 2D数值模拟分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2008(09): 1828-1836. [63]李海波, 刘博, 冯海鹏, 等. 模拟岩石节理试样剪切变形特征和破坏机制研究[J]. 岩土力学, 2008(07): 1741-1746+1752. [64]王刚, 张学朋, 蒋宇静, 等. 基于颗粒离散元法的岩石节理面剪切破坏细观机理[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2015, 46(04): 1442-1453. [65]韩观胜. 恒法向刚度条件下岩石多节理结构剪切力学特性研究[D]. 中国矿业大学, 2019. [67]王媛. 单裂隙面渗流与应力的耦合特性[J]. 岩石力学与工程学报, 2002, 21(01): 83-87. [68]王媛, 徐志英, 速宝玉. 复杂裂隙岩体渗流与应力弹塑性全耦合分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2000, 19(2): 177-181. [73]刘继山. 单裂隙受正应力作用时的渗流公式[J]. 水文地质工程地质, 1987, 14(2): 28-32. [76]郭保华, 苏承东. 多级加载下岩石裂隙渗流分段特性试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2012, 31(a02): 3787-3794. |
中图分类号: | TU452 |
开放日期: | 2023-06-20 |