冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响 毕业论文.doc
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1、本科学生毕业论文论文题目:冻融作用对季冻区边坡稳定性的影响学 院:建筑工程学院年 级:2010级专 业:土木工程姓 名:学 号:指导教师:2014年 5 月 12日摘要随着振兴东北老工业基地和西部大开发战略的实施,季冻区的基础设施建设已经得到很大的发展,但是,季节冻土区边坡的冻融灾害是工程建设中不得不面对的困难之一。到目前为止,季节冻土的理论研究不多且资料很不集中,使得理论研究远远跟不上工程实践的应用要求。因此,季冻区边坡冻融稳定性研究是我们目前面临的主要问题。本文根据季冻区边坡所处的特殊环境,讨论了季冻区边坡的稳定性影响因素,对季冻区边坡的各种失稳类型有了一个分类。探讨了冻结过程边坡的稳定性
2、,融化过程中边坡的稳定性变化规律和冻融循环对边坡稳定性的影响原因,找到了边坡在冻结过程中最危险的滑动面,然后用该滑动面处的可靠度来进行优化评价。关键词冻融作用;季冻边坡;稳定性;可靠度AbstractWith the revitalization of the old industrial bases in the northeast and the western development strategy, infrastructure seasonal frozen area has been a great development, but disaster seasonal freez
3、ing and thawing permafrost zone in the slope of the construction had to face one of the difficulties. So far, the theoretical study of seasonal frozen and the data is very much focused so far behind the theoretical study of engineering practice applications. Therefore, seasonal frozen area thaw stab
4、ility of the slope is the main problem we are facing. Based on the slope in seasonal frozen area in which special environment, the stability of the factors discussed in seasonal frozen area of the slope, the various types of unstable slope in seasonal frozen area have a classification. To investigat
5、e the stability of the slope of the freezing process, the melting process stability and freeze-thaw cycle variation of the slope of the impact on slope stability reasons, find the slope in the freezing process, the most dangerous sliding surface, and then use the reliability at the sliding surface t
6、o optimize the evaluation.Key wordsFreezing and thawing; seasonal frozen slope; stability; reliabilityII目录摘要IAbstractII前言1第一章 绪论21.1 选题的背景和意义21.2本文研究领域国内外的研究动态及发展趋势31.2.1可靠度研究领域国内外研究现状及发展趋势31.2.2冻土边坡稳定性可靠度研究现状41.3 本文研究的主要内容6第二章 冻土区边坡稳定性影响因素及失稳类型72.1 冻土区边坡稳定性主要影响因素72.2 冻融循环对冻土区边坡的影响。82.2.1 冻融循环对岩质边坡的
7、影响82.2.2 冻融循环对土质边坡的影响92.3 冻土区边坡失稳类型92.3.1 正冻滑坡102.3.2 正融滑坡102.3.3 冻融滑坡112.4 小结123. 边坡可靠度分析基本原理和方法143.1 边坡稳定的风险分析143.1.1 边坡稳定分析中的不确定因素143.1.2 风险分析的基本原理153.1.3 定性风险分析方法153.2 可靠度分析基本原理163.2.1 可靠度概念163.2.2 可靠度的基本原理173.2.3 设计可靠度的确定174. 边坡地质灾害防治与治理工程勘察实例194.1 工程说明194.1.1 勘察工程概况194.1.2 工程地貌地形194.1.3 区域地质25
8、4.1.4 地质特性264.2 工程地质评价274.3 工程勘察结论27结论29参考文献31致谢33前言边坡的失稳方式表现出来的通常是滑坡。滑坡是一种重要的地质灾害,对人类的生命财产带来重大威胁。例如滑坡可导致交通中断,河道堵塞,厂矿城镇被掩埋,工程建设受阻。我国目前正处于经济建设高速发展时期。各种边坡的失稳造成的地质灾害给水利、铁路、公路、矿山建设带来巨大损失。1989年1月10日在中国云南漫湾水电站大坝坝肩开挖的过程中发生滑坡,不仅耗资近亿元进行了治理,而且使这个150万千瓦的水电站推迟发电近一年,给云南省经济建设安排带来了困难。1981年雨季宝成铁路共发生滑坡289处,中断行车2个多月,
9、抢建费用达2.56亿元。抚顺西露天矿自从1914年投产以来,为保持边坡稳定,共剥离岩石1亿m 陈祖煜. 土质边坡稳定分析M. 北京: 中国水利水电出版社, 2003: 1-2.。滑坡可以发生在土质边坡,也可能发生在岩质边坡。发生于土质边坡的形态通常比较单一,基本上以剪切破坏为主,滑裂面为圆弧形或圆弧与夹泥层的组合型。岩质边坡发生的滑坡则因受岩体结构、地应力等影响,呈现出崩塌、滑动、倾倒、溃屈等多种破坏类型。触发滑坡的因素是多种多样的。降雨和地震是最常见的滑坡灾害的外因。人类的工程活动也是导致滑坡的重要原因。常见的工程活动是边坡开挖,地下开挖也会触发地面沉降和滑坡。湖北盐池河磷矿由于地下开挖导致
10、边坡突然滑坡,埋没了村庄,287人丧生。土方填筑也是导致的一个重要因素,在饱和软弱地基上修建堤坝,经常导致堤坝和地基一起滑动。人类与滑坡灾害作斗争的努力始终没有中断过。这一努力表现在认识滑坡机理、完善边坡稳定分析理论和方法、开发滑坡治理技术和滑坡预报等方面。对滑坡灾害认识的不断深化是建立在地理、地质和岩石力学、土力学等一系列的科学分支的形成,发展和完善的基础上的。而滑坡的预报和治理又是围绕着确保人身安全和经济建设顺利开展这一中心进行的。只有在诸多领域内共同开展深入的研究,人类才有可能在防治滑坡方面取得重大进展。第一章 绪论1.1 选题的背景和意义我国国土面积辽阔,西部的青藏高原和北方各省属于寒
11、冷或季节性冻土的范围。据有关资料记载,我国多年冻土区域面积达215106km2,占国土面积比例的22.3,如果包含季节冻土在内,我国冻土的总面积约占国土总面积比例的70,从中可以看出,寒区的工程建设和各种资源的开发利用在我国的经济中占有相当重要的位置 徐学祖. 王家澄. 中国冻土分布及其地带性规律的初步探讨. 第二届全国冻土学术会议论文选集. 科学出版社, 1982: 3-12.。随着西部大开发战略的实施和国家经济建设重心向西部转移,这给我们去研究寒区的岩土工程和工程地质问题提供了非常好的机会。西气东输工程,青藏铁路建设工程和南水北调工程是西部大开发战略里面的大型工程建设项目与岩土工程和工程地
12、质问题密切联系的21世纪大型工程这些工程首先要面临的问题是西部特殊地带的岩土工程和工程地质问题,而西部寒区的岩土工程和工程地质问题是特别要注意的。岩土工程中边坡是常见的构筑物方式,因而在寒区的工程建设中也一定会有其特殊的工程背景和不可替代的工程意义。准确分析和处理各类边坡中的问题,确保边坡的稳定性和工程设计中的可靠性,是西部基础工程建设过程中面临的一个重要论题。寒区土坡是否稳定在很大一部分程度上取决于我们对冻土的了解和冻土相关力学参数的选择。冻土是一种变异性非常大的工程材料,在它漫长形成的过程中,经历了相当多的自然和人为干扰的作用,因而性质相当的复杂。严格来说,自然界的岩土体都是各向异性和非匀
13、质的,而这就导致了岩土体的每种性质都具有空间变异性。冻土作为一种不常规的土体材料,因为冰结体的存在和温度场的影响,它物理力学性质就更是相当的复杂,空间变异性很是突出。而另一方面,冻土在形成和后期改造过程作用中局部不确定性和不规则等多种复杂的因子影响下,使得冻土参数表现出不均一随机分布的特点,于此同时又受到冻土体形成和后期变化过程中各种宏观规律的影响,让空间不同点的冻土参数之间有着某种程度的相连性,就是结构性。因为冻土参数的变异性既有结构性又有随机性,这是产生冻土参数不确定的根本原因 冷伍明. 基础工程可靠度分析与设计理论M. 长沙: 中南大学出版社, 2000.。对待冻土参数的空间随机性我们应
14、该用随机场来描述,但是对于其随时间的变化应该用随机过程来表现。对于岩土参数的变异性和可变性的规律及参数的可靠性研究是确保正确进行寒区边坡工程可靠度研究的基本工作和前提。1.2本文研究领域国内外的研究动态及发展趋势1.2.1可靠度研究领域国内外研究现状及发展趋势可靠度的研究早在20世纪30年代就开始了,当时研究的主要是围绕飞机失效问题。第二次世界大战过程中,德国曾经用可靠度分析的方法分析过火箭。从50年代开始,美国国防部就专门成立了可靠度研究的机构,对各种可靠度问题进行了大量的研究,从而促使了空间研究计划。在近三十年,可靠度理论发展的相当快,差不多在每个工业领域中都得到了普遍的应用。在结构工程应
15、用方面,自从1946年弗兰登塔尔在国际上发表“结构的安全度”以来,人们已经充分意识到现实工程的随机因素,将概率分析和概率设计的思想引进到实际工程。1997年在日本京都举行了结构安全性和可靠性的国际会议。这个会议所涉及的内容十分丰富,其中奥地利的茵斯布鲁克大学的Schueller进行了题为“结构可靠度的研究进展”特邀报告。1997年底,“结构安全性”(structuresafety)国际期刊的编委们一起编写了题为“计算随机力学的研究动态”这篇文章,从多个方面综合讨论了计算随机力学的最新研究进展情况。1998年在上海举行的中美日三国土木与基础工程系统交流会议上,又有不少国际知名专家学者如美国南加州
16、大学的Shinozuka教授、日本武藏工业大学的星谷胜和香港科技大学的邓汉忠等专家学者作了内容全面的报告。1999年在澳大利亚举行了第八届统计概率应用国际大会,该会的一个主题就是探讨将工程可靠性理论及概率分析方法带进设计规范的修改和基于全概率理论进行结构设计的探索。可以看到,在最近几年,工程可靠性理论和方法又有了很大的进发展。在我国,结构可靠度理论的研究开始相对其他国家来说比较晚,曾在20世纪60年代广泛进行结构安全度的讨论与研究,到了70年代的时候开始把一半经验一半概率方法(水准I法)应用到6种结构设计的规范,结构可靠度的钻研和应用的风潮80年代在我国已经掀起了,出现了很多结构可靠度理论的著
17、作,很多大型的工程把这些研究成果进行实例中的应用。另外,铁路、公路、建筑、水利和水运五个部门还一起编订了“工程结构可靠度设计的统一标准”。结构的可靠度在我国的研究被1992年在河海大学举行的“工程结构可靠性全国第3届学术讨论大会”又一次推向高潮。随之,1994年国家建设部和技术监督局一起发布了GB5O199一94水利水电工程结构可靠度设计统一标准。之后1995年西安又顺利地举行了“工程结构的可靠性全国第4届学术探讨大会”,这表明可靠度的研究仍旧保持着向前发展很好的趋势。2002年11月份在长江科学院顺利举行的“工程结构可靠性全国第5届学术讨论大会”很好的总结了近几年的研究,其不同于以往之处在于
18、开始看重可靠度里面的实例适用性的探讨和应用。神经网络被黄靓,康海贵,易伟建,汪优 黄靓, 易伟建, 汪优. 基于RBF神经网络的结构可靠度分析方法J. 湘潭大学自然科学学报,2006,(04): 12-20.,桂劲松等人引进到了机构的可靠性分析里面,而且取得了一些的成果。现在,结构点可靠度的计算慢慢变得更加全面,而且已经到了实用阶段。在这二十年之中,一方面工程可靠性理论在很多工程领域中得到了验证;而在另一方面,通过不断认识和数量庞大的实践,工程可靠性理论已经在理论上持续的深入,而在实践上正慢慢转向更为高效的为工程服务。而在冻土工程的可靠度研究方面,相对而言,起步比较晚,所做的工作也对应少些。冻
19、土学家叶尔绍夫(俄罗斯)在工程冻土学中把可靠性理论引进到多年冻土建筑物修建的土木工程体系之中,并把工程设计原则和可靠性设计分析很好的结合在一起。程国栋、吴青柏 吴青柏, 程国栋等. 青藏铁路路基工程可靠性分析思路浅析J. 科技导报, 2005, (4):5-16.等人分析了青藏铁路冻土的空间变异性和多年冻土工程性质的变异性,讨论了工程可靠性的分析在青藏铁路冻土路基工程稳定性的分析中应用的重要性,组合了冻土路基工程稳定性的特点并且给出了冻土路基工程有可能的失效方式;综合多年冻土区的设计准则,从而对冻土路基工程给了可靠性分析和评价。张鲁新,赵世运,吴志坚 赵世运, 张鲁新, 吴志坚. 影响青藏铁路
20、冻土区主要工程措施可靠性的气温变化指标分析, 冰川冻土,2 005, (12):12-30.等人从全球气温变化背景和青藏高原气候改变的实际情况作为起点,分析和讨论了气候改变对青藏铁路沿线多年冻土地温特点和冻土区域的工程建筑物可靠性产生持续而缓慢影响的气温改变指标。通过对冻土区工程的设计原则和工程结构、工程措施的可靠性产生很大影响的气温变化特点的分析,得出对目前冻土工程可靠性的看法,而且提出应对的工程措施。1.2.2冻土边坡稳定性可靠度研究现状现在国内有关融土区边坡稳定性可靠度计算的方法和变形监测资料十分多,并且对于冻土力学的冻胀及融沉、特性、变形研究也是比较多的。但是结合边坡工程理论和冻土力学
21、来进行冻土边坡稳定的可靠度研究却没有多少,对寒区边坡冻融灾害研究也较不多。虽然地理学研究在冻土边坡失稳现象中给出了划分和描述,但是其具体原因和机制,以及影响因子、稳定性预测和计算的方法等方面还没有进入更深的研究,因为多年冻土退化,地下冰慢慢融化会造成喀斯特地貌普遍发育,滑塌和冰椎、泥石流等现象的频繁出现,使得边坡上的工程建筑物和生态系统遭到很大破坏。著名工程地质学家E.II.叶米里杨若娃(前苏联)在滑坡作用基本规律一书中指出了,冻融泥流,也就是融解的过饱和砂、粘土、沿冻土层转移的现象,在多年冻土地区和季节冻结很深的部分地方都可见到,其出现发展条件有特殊性,认为是一种复杂的重力表现 E.II.叶
22、米里扬诺娃著. 滑坡作用的基本规律. 西安: 铁道部科学研究院西北所滑坡室译, 重庆: 重庆出版社, 1986.。周幼吾 周幼吾, 郭东信等. 中国冻土M. 北京: 科学出版社, 2000.指出,在我国所有冰椎地貌类型之中,最值得提出的是热融滑塌。1973年McRobertshe Morgensten McRoberts BC,& Morgenstern. N.R.The stability of thawing slopes .Can Geoteh,1974(11): 447-469.将冻土边坡失稳的现象一般划分为:崩塌、泥流、滑坡三种类型,以泥流为主要的失稳又能进一步划分为:双重逆向泥流、
23、双态泥流、表皮泥流、泥流。1998年Clark Clark. MJ. Advance in Periglacial Gepmorphology .New York :john wiley & Smnslid , 1988,325-359对冰缝地貌的条件下滑坡的命名进行了总结。牛富俊 Niu Pujun Cheng Guodong Xie Qun, Study on Instability of slopes in permafrost Regions of Qinghai-Tiibet High Plateau: Proceedings of the 5th International Sym
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