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边坡稳定性分析开题报告范文

   发布时间:2018-07-20 14:54:27   [点击量:924]  


题目:山西某黄土边坡的稳定性分析

 

1 选题背景及意义
 
1.1.1 选题背景
 
近年来,在黄土地区特别是在山西,随着建筑物的大量兴建和人们对空间的不断开发、利用,边坡工程越来越多,边坡支护的形式也多种多样。由于人们对建筑边坡工程复杂性认识不够、工程经验不足,加上黄土本身土质的特殊性,因此在工程施工中,支护结构选择不当或支护强度设计不够,以及不加强雨水及生产、生活用水管理,使边坡浸水。所有这些造成许多边坡工程事故,给国家经济及人民生命财产造成巨大损失。例如2007年4月27日,青海省银鹰金融保安护卫有限公司基地发生一起边坡支护工程坍塌事故,造成数人死伤,经济损失达数十万元。事故调查结果显示,施工单位在没有进行任何地质灾害危险性评估的情况下,擅自施工,且边坡支护设计方案未按照规范设计,以及施工过程中也没有根据现场的实际情况采取有效的防护措施,违反了建筑边坡工程技术规范施工工艺流程,从而导致了事故的发生。像这样的例子还有许多。
 
岩土工程界普遍认为引起边坡工程失稳事故的主要原因是工程地质勘察存在问题、边坡支护设计存在问题、边坡工程施工存在的问题以及边坡工程在使用中存在不当等问题。而边坡工程的设计又是最为重要的一方面,所以对于边坡工程事故应当着重于这一方面的研究。
 
1.1.2 选题意义
 
边坡工程的设计及其稳定性问题是结构力学、土力学、水文地质学等诸多工程领域学科的交汇,是一项涉及范围较广、难度较大的系统工程。同时,这是一项具有较强综合性的课题,勘察、设计、施工等各个环节对于边坡支护的稳定都有巨大的影响,任何失误都可能产生严重的后果。
 
我国现在正大力发展中西部地区,而大部分黄土都分布在中西部地区,那么关于黄土边坡稳定性问题是在发展国家中西部的过程中所不能回避的问题。如在边坡支护过程中由于勘察、设计、施工等不当导致黄土滑坡对人民生命、财产安全构成威胁问题等等。想要解决这些问题都必须对黄土边坡稳定做相应的研究。本文主要从设计角度讨论了黄土边坡稳定性分析方法及产生边坡工程事故的原因,进而试图完善对边坡工程事故的分析与研究,为以后类似工程的安全进行提供参考依据。
 
1.2 国内外边坡稳定性分析研究现状
 
1.2.1 国外研究现状
 
边坡的稳定性研究迄今已有一百多年的历史。英国的赖尔在一个多世纪之前就在《地质学原理》一书中涉及到了边坡失稳的问题,并且认为水是引起边坡失稳的首要原因。在此之后所有与岩土工程相关的问题,几乎都对边坡的稳定性展开了研究。所有边坡问题的研究都起始于自然边坡的滑坡,过程的关键在于找到与所求最小安全系数相接近的主滑面的位置[1].19世 纪 中 叶Fellenius(1927)就提出了有关边坡稳定分析的瑞典圆弧法。由于滑裂面是圆弧面,此法将土条底部的应力近似地投影到土条重量的法线方向。将假设滑移面之上的土体分成若干个竖直土条,将作用于各土条上的所有力进行力与力矩之间的平衡分析,又因为圆弧面的法向力过圆心,求距较为方便,可以较为简便地求出土体在极限平衡状态下稳定的安全系数。由于瑞典圆弧法忽略了土条间的相互作用力的影响,所以是比较适用的一种方法[2].
 
Bishop(毕肖普,1950)考虑了土条间力的相互作用。他改进了传统意义上的瑞典圆弧法,并且提出了关于边坡稳定的安全系数这一重要定义,假设土条之间存在水平方向的相互作用力,求得土条底部的法向力,从而求出安全系数。毕肖普忽略了条间的切向力,所得到的方法即为国内外广泛使用的毕肖普简化式。由于推导中仅仅忽略了条间切向力,因此毕肖普简化法比瑞典条分法更为合理。之后一段时间,边坡的稳定性研究相继发展出Lowe-Karafiath法(1960)、Sarma法(1973,1979)等各类方法,它们统称为极限平衡法。这些方法原则上都是将滑动体划分为若干个微小土条而展开分析的。不同的极限平衡法假设的相应条件有所不同,虽然假设条件对于边坡稳定性计算的结果有一定的影响,但是对于结果的分析验证了适当的条件下依然可以使用极限平衡法。
 
除了极限平衡法之外,还有极限分析法即所谓的能量法,此法就是我们所学过的上限定理。通过假定滑动土体为刚性、并且已知滑移面所在的位置。借助于位移协调条件,基于虚功原理求解滑动体处于极限状态时的极限荷载、稳定系数。但是由于滑动土体之间还存在非线性关系,而且土体并非为理想的刚体,因此该方法仍然存在局限性。
 
与极限平衡法相比,有限元法更加精确,且无须任何假定就能对边坡的稳定进行分析计算。有限元法与其他方法最大的不同之处在于,它在考虑了滑动土体中的应力-应变关系的同时,还能满足相应的力学平衡条件。有限元法主要基于滑裂面上应力分析和强度折减分析理论。Zienkiewicz(1975)等首次借助折减系数研究出土坡稳定分析的强度折减弹塑性有限元法。有限元法目前已经成为最有效、通用性最强、应用最广泛的方法之一[3~12].
 
1.2.2 国内研究现状
 
边坡支护工程在我国出现较晚。国内对于边坡工程的系统研究是在中华人民共和国成立之后,随着国家的不断发展、经济建设的水平不断提高,工程建设涉及的边坡也越来越多,因此对于边坡的稳定性研究也日益加深。我国对边坡工程稳定性研究大致分三个时段[13]:
 
(1)被动治理时期。20世纪50年代初,由于对边坡变形破坏所产生的危害性缺乏认识,在建设中盲目地挖方,时常有边坡失稳事故的发生,从而被迫对已发生事故的边坡重新进行勘测、研究和治理。既延误了工期,又增加了成本,对人力和物力产生很大的浪费。
 
(2)专项研究时期。人们经过不断的施工实践探索,逐渐意识到要有效地预防、减轻边坡失稳所造成的灾害,必须系统地深入研究各种边坡的类型,包括分布条件、水文条件及其发生和运动的机理等。对此国内的专家们列出了若干个专题进行探讨和研究。
 
(3)从治理为主到预防为主的过渡时期,并逐渐形成一系列防治理论体系(20世纪80年代至今)。包括通过削减缓坡使得滑坡的体重减轻来达到稳定的目的;通过防渗和排水、支挡、锚固、注浆和喷射混凝土表面等措施,逐渐过渡到以预防为主的边坡支护体系。随着国民经济的不断发展,不稳边坡失稳所造成的影响也变得更加地突出,对于防灾减灾的要求也更高。进入21世纪,科学技术水平大大地提高,计算机软件分析的能力也大大提高,这对于边坡工程的稳定性研究具有极大的帮助。
 
1.2.3 国内外边坡的治理研究现状
 
19世纪中期,西方国家就开始着手研究边坡治理的方法,但由于各项理论知识处于初步发展阶段,而且各种研究的技术水平还达不到要求,所以只能研究一些较为简单的小型边坡。且研究的手段也较为单一,多数通过削减坡度和设置挡土墙来治理边坡。到了20世纪中期以后,经济建设蓬勃发展,西方各国开始大兴土木工程,日益增加的工程建设也使得边坡灾害越来越多地出现在人们眼前,大家开始意识到对于边坡的预防和治理的重要性,于是人工支护边坡工程开始逐渐被采用,而且取得了明显的成效。人工支护边坡经历了三个重要的发展阶段[14~15]:
 
(1)第一阶段发生在20世纪中叶以前,当时的西方国家为了经济的发展,大力地开采矿产资源。为了便于运输,修建了许多的铁路以及公路,正是由于这些工程的兴建引起的大量边坡滑坡问题,才使得边坡理论逐渐被人们研究分析。
 
(2)第二阶段发生在20世纪50年代之后的数十年,人们逐渐学会使用抗滑桩来代替挡土墙进行边坡支护,这样能够有效地避免使用挡土墙而引发的施工所带来的困难。
 
(3)第三阶段发生在20世纪80年代之后,人们逐渐开始用挖孔抗滑桩来对一些大型的边坡工程进行治理,同时还出现了锚索这一更加有效的治理方法。锚索以其优良的力学性能和较高经济性很快地便应用于各类边坡的支护之中。
 
对于国内治理边坡来说,相较于国外要晚了许多。起初都是使用抗滑挡土墙进行简便的治理,但这种方法最大的缺点就是不稳定,受到稍许的外力就会发生失稳。例如陇海铁路在建设时只采取了简便的边坡支护手段,其后多次造成滑坡以及岩体的破碎崩塌等事故,严重地影响了铁路的运营。
 
在20世纪50年代末,国家开始重视边坡工程的防治。在总结和吸取了各类工程的经验和教训之后,对于滑坡的形成条件、运动机理以及新的更加有效的防治措施有了更深入的研究。20世纪60年代末开始大量应用的抗滑桩技术,它能够有效地处理一些较大的边坡支护问题。其后到了80年代又出现了更为先进流行的喷锚技术。我国在经过不断的研究之后,也逐渐开始应用这项技术,它不但具有比抗滑桩更优秀的力学性能,而且具有更高的经济性,能够广泛地运用于各类边坡支护。90年代之后,各类理论研究和技术手段也更加成熟。框架锚固、压力注浆锚固等等边坡治理技术更加成熟,也更加广泛地运用于各类边坡工程的治理。
 
1.3 研究思路与研究内容
 
1.3.1 研究思路
 
本文通过现场实践勘查与软件分析相结合,在充分了解本工程地区的地质条件的前提下,依据“地质过程机制分析-量化评价”的学术思想体系以及“系统工程地质学”的方法论为指导,着重对于山西某黄土边坡工程的稳定性进行了分析与评价。以现有的边坡工程研究数据为前提,在充分掌握本实例边坡工程的地质条件之后,通过原型调研与室内分析相结合、模式分析与模拟研究相结合、层次分析与系统评价相结合的思路,系统而全面地研究了影响边坡工程稳定性的条件及边坡可能发生的失稳形态等问题;分析所研究的结果,并得出边坡工程的稳定性评价结果;基于可能引起边坡失稳的原因,提出合理的工程处理措施。
 
1.3.2 研究内容
 
本文拟以山西某黄土边坡工程事故为背景,首先对边坡支护稳定性进行分析、总结;利用理正岩土6.5软件采用极限平衡法针对工程实际设计方案对边坡的稳定性进行计算,并将计算结果与边坡施工后的实际稳定状态进行对比;其后,结合GEO5数值分析软件进行有限元计算分析,通过数值模型,得出现有设计方案安全性的结论,并提出相应的处理措施;最后,对边坡进行重新设计计算,并利用理正岩土6.5及GEO5软件验证新设计方案的安全性、合理性。具体内容如下:
 
(1)首先简单地介绍边坡工程的研究背景和意义,简述边坡工程的发展历程以及国内外的研究现状。
 
(2)阐述边坡稳定支护的理论以及计算设计方法。
 
(3)掌握山西某黄土边坡工程的背景与工程地质条件,及其边坡工程失稳的情况。
 
(4)分别利用理正岩土6.5和GEO5软件对边坡原支护设计方案进行稳定性验算,并将所得计算结果与实际施工后的失稳状况进行比较,得出原设计方案的不安全性结论。
 
(5)对原支护设计方案进行改进,提出新的设计方案,并再次利用理正岩土6.5和GEO5软件进行计算,验证新方案的安全性、合理性。
 
1.4 研究方法和技术路线
 
1.4.1 研究方法
 
本文在对边坡工程大背景介绍的前提下,运用理正岩土软件,利用极限平衡法计算原设计方案的安全性。同时通过GEO5有限元软件建立模型,进行数值模拟分析,最后和理正软件分析结果以及边坡按原设计施工后实际的稳定状态进行对比,分析并得出结论。
 
1.4.2 技术路线
 
2 提纲
 
目  录
 
摘  要
 
Abstract
 
第1章 绪论
 
1.1选题背景及意义
1.1.1选题背景
1.1.2选题意义
1.2国内外边坡稳定性分析研究现状
1.2.1国外研究现状
1.2.2国内研究现状
1.2.3国内外边坡的治理研究现状
1.3研究思路与研究内容
1.3.1研究思路
1.3.2研究内容
1.4研究方法和技术路线
1.4.1研究方法
1.4.2技术路线
 
第 2 章 边坡工程稳定性分析原理
 
2.1概述
2.2边坡稳定性的影响因素
2.3黄土性质对于边坡稳定性的影响
2.4边坡稳定性分析方法
2.4.1定性分析方法
2.4.2定量分析方法
2.4.3极限平衡法
2.4.4数值计算分析法
2.5边坡工程防护与加固
2.6边坡稳定性分析软件简介
2.6.1理正岩土6.5软件简介
2.6.2GEO5软件简介
2.7本章小结
 
第3章 某事故厂房边坡工程地质条件及支护简况
 
3.1区域地质背景
3.2场地工程地质条件
3.2.1工程地质条件
3.2.2水文地质条件
3.2.3水的腐蚀性分析与评价
3.2.4地基土的腐蚀性分析与评价
3.2.5地震效应
3.3岩土物理力学性质指标
3.3.1土工试验数据
3.3.2原位测试数据
3.4地基土承载力
3.5湿陷性分析评价
3.5.1地基湿陷等级的确定
3.5.2湿陷土层厚度及分布情况
3.5.3湿陷性分析与评价
3.6实例边坡支护简况及其变形破坏情况
3.6.1实例边坡支护简况
3.6.2实例边坡变形破坏情况
3.7本章小结
 
第4章 厂房边坡的极限平衡稳定验算分析
 
4.1边坡的等级与计算方法
4.2稳定性分析的基本公式
4.2.1通用方法计算公式
4.2.2《建筑边坡工程技术规范》计算公式
4.2.3其他因素的影响
4.3计算剖面
4.4计算参数
4.4.1地震信息
4.4.2水位信息
4.4.3地层参数选取
4.5边坡现状稳定性分析
4.5.1简化Bishop法计算
4.5.2 Janbu法计算
4.6现状边坡稳定性计算结果
4.7边坡稳定性计算结果分析

4.8本章小结


第5章 厂房边坡支护数值模拟
 
5.1有限元在岩土工程中的应用
5.1.1概述
5.1.2有限单元强度折减法
5.1.3稳定系数的定义
5.1.4本构模型的选取
5.1.5屈服准则的选取
5.1.6流动法则的选取
5.1.7滑裂面的确定
5.1.8边坡失稳的判据
5.2 19-19剖面工况数值计算结果
5.2.1边坡原始状态稳定性分析
5.2.2 19-19剖面各工况稳定性分析
5.2.3两种方法计算结果分析对比评价
5.3本章小结
 
第6章 厂房边坡新的支护设计与验算
 
6.1 19-19边坡新的加固设计方案
6.2理正岩土对边坡新方案的稳定性验算
6.2.1简化Bishop法计算
6.2.2 Janbu法计算
6.2.3理正软件边坡稳定性计算结果
6.3 GEO5软件对边坡新支护方案的稳定性验算
6.4新方案两种计算的对比分析
6.5本章小结
 
结论与建议
 
结论
建议
 
参考文献
 
致谢
 
3 研究进度
 
1、20XX.X.X~20XX.X.X 完成开题报告编写,质量达到规定要求
2、20XX.X.X~20XX.X.X 完成基本计算过程
3、20XX.X.X~20XX.X.X 完成毕业论文正文编写,提交论文初稿,由指导教师批阅、修改。
4、20XX.X.X~20XX.X.X 提交论文二稿,由指导教师批阅、修改。
5、20XX.X.X~20XX.X.X 交毕业论文正本,质量达到规定要求。
6、20XX.X.X~20XX.X.X 指导教师将评阅好的毕业论文交教研室,进行形式审查,上网查询及交叉评阅。
7、20XX.X.X~20XX.X.X 答辩
 
4 参考文献
 
[1]王智合。黄土滑坡、高边坡稳定性分析研究及工程应用[D].西安建筑科技大学,2012.1~2
[2]王玉平,曾志强与潘树林,边坡稳定性分析方法综述[J].西华大学学报(自然科学版),2012(02):101~105
[3]王艳红,边坡稳定性分析方法综述[J].甘肃科技,2007(03):179~180+219
[4]华道柱,浅谈边坡稳定性分析方法[J].创新科技,2013(09):67~68
[5]丁参军,边坡稳定性分析方法研究现状与趋势[J].水电能源科学,2011(08):112~114+212
[6]曹毅,边坡稳定性分析方法综述及发展趋势研究[J].经营管理者,2014(08):1~2
[7]王金 涛,杨 登峰。浅 析边 坡稳定 性分 析研究 现状[A]. 《 建筑 科技与 管理 》 组 委会。2013.2~3
[8]李方中,边坡稳定性分析研究现状。河南建材[J],2014(01):125~126
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[10]  Xing  Zheng  Wu.Probabilistic  slope  stability  analysis  by  a  copula-based  samplingmethod[J].Computational  Geosciences,2013,Vol.17(5),pp:739~755

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