延长县崩塌的数值模拟和运动机理研究

论文摘要

崩塌是指陡峻边坡岩体或土体在自重和外力作用下,突然脱离母岩(土)体而突然猛烈的由高处崩落的物理地质现象。崩塌是一种常见的自然现象,但也可以形成地质灾害。为此,本文依托“陕西省延长县地质灾害详细调查”项目,开展了延长县崩塌灾害的地质背景、分类和分布规律的研究,探讨了崩塌的形成条件和影响因素,进行了崩塌的稳定性分析和运动机理研究,得出崩滑距的线性回归方程。主要工作及成果如下:首先,通过对野外调查资料的整理和统计,对延长县崩塌进行了分类,并对崩塌的发育基本特征和分布规律进行了归纳总结。延长县共有崩塌71处,崩塌规模以小型为主,一般发生在60o,相对高差大多数8m以上的斜坡上,大都发生于暴雨、连阴雨过程中或滞后。崩塌的空间分布规律受地形地貌和地层岩性的控制,大都分布在延河凹岸、道路两侧和黄土梁峁及残塬陡坡和人类工程的活动强烈区;崩塌的时间分布规律主要发生在降雨比较集中的月份和降雨比较大的年份及人类工程活动比较强烈的时期。其次,通过对调查资料的分析和研究,对延长县崩塌的形成条件和影响因素进行了归纳总结。崩塌的形成和影响因素很多,分为静态和动态因素,静态因素包括:地形地貌、地层岩性、斜坡结构、地质构造、地下水类型等;动态因素一般包括:人类活动、降雨、河流侵蚀、地震、风化作用等;其中静态因素是崩塌崩塌的形成条件,而动态因素是崩塌的引发因素。再次,应用崩塌稳定性分析方法,对延长县典型岩质崩塌应用赤平投影进行了稳定性评价,得出岩质崩塌大都处于不稳定。对土质崩塌应用数值模拟进行了分析,并用Flac3D模拟了斜坡开挖窑洞后的应力应变,分析了卸荷裂隙存在下的窑洞稳定性和可能破坏的位置。最后,从运动学观点出发分析了崩塌的运动形式和运动轨迹,建立了倾倒式和拉裂坠落式崩塌的运动学方程;运用离散元详细分析了延长县典型崩塌的运动机理,并得出崩滑距的线性回归方程,用于确定崩塌的威胁范围。本文所取得的成果,对于延长县崩塌灾害预测和防治将起到重要作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状和趋势
• 1.2.1 崩塌的分类和破坏模式研究现状
• 1.2.2 崩塌稳定性分析方法的研究
• 1.2.3 崩塌落石的运动形式和特征
• 1.2.4 存在的问题
• 1.3 本文研究内容及技术路线
• 第二章 延长县自然地理及地质背景
• 2.1 延长县地理位置及交通
• 2.2 自然地理环境
• 2.2.1 山川地势
• 2.2.2 气象水文
• 2.2.3 植被
• 2.2.4 经济社会发展概况
• 2.3 区域地质背景
• 2.3.1 地形地貌
• 2.3.2 地层岩性
• 2.3.3 新构造运动与地震
• 2.3.4 岩土体类型及其工程地质特性
• 2.3.5 地下水特征
• 2.4 人类工程活动
• 第三章 延长县崩塌分类、发育基本特征和分布规律
• 3.1 延长县崩塌基本状况
• 3.2 崩塌类型及基本特征
• 3.2.1 延长县崩塌按物质组成分类
• 3.2.2 按自然属性分类
• 3.3 延长县崩塌发育规律
• 3.3.1 崩塌发育的地域规律
• 3.3.2 崩塌发生的时间规律
• 3.3.3 与人类工程活动关系密切
• 3.3.4 运动学规律
• 3.3.5 小体积，大危害的规律
• 3.4 小结
• 第四章 崩塌灾害的形成条件及影响因素
• 4.1 地形地貌决定了崩塌的数量、规模
• 4.2 坡体形态控制着崩塌的发生形式和危害程度
• 4.2.1 斜坡坡型
• 4.2.2 斜坡坡度
• 4.2.3 斜坡坡高
• 4.2.4 斜坡坡向
• 4.3 岩土体类型和结构是崩塌形成的控制性因素
• 4.3.1 岩土体地质特征与崩塌灾害
• 4.3.2 斜坡岩性组合与崩塌灾害
• 4.4 地质构造和新构造运动与崩塌灾害
• 4.4.1 地质构造
• 4.4.2 新构造运动
• 4.5 水是引发崩塌灾害产生的主要因素
• 4.5.1 降雨
• 4.5.2 地表水
• 4.5.3 地下水
• 4.6 风化作用和植被对崩塌有较大的影响
• 4.6.1 风化作用
• 4.6.2 植被
• 4.7 人类工程活动加剧了崩塌的发生
• 4.8 小结
• 第五章 崩塌的数值模拟及稳定性分析
• 5.1 岩质崩塌的稳定性分析
• 5.1.1 岩质崩塌分析方法及思路
• 5.1.2 典型岩质崩塌稳定性分析
• 5.2 黄土崩塌的稳定性分析
• 5.2.1 黄土崩塌稳定性分析方法和思路
• 5.2.2 典型黄土崩塌数值模拟和稳定性分析
• 5.2.3 具有窑洞崩塌的三维模拟
• 5.3 延长县崩塌的稳定性评价
• 5.4 小结
• 第六章 崩塌运动机理研究
• 6.1 崩塌的运动形式
• 6.2 崩塌的运动轨迹分析
• 6.2.1 倾倒式崩塌的初始运动状态
• 6.2.2 拉裂坠落式崩塌的初始运动状态
• 6.2.3 碰撞阶段
• 6.3 崩塌的运动过程模拟
• 6.3.1 崩塌灾害过程模拟的理论和方法
• 6.3.2 离散元的基本原理
• 6.4 典型岩质崩塌的运动过程模拟
• 6.4.1 甘古驿崩塌
• 6.4.2 中村村南延延公路旁崩塌
• 6.4.3 贝贝中学崩塌
• 6.5 典型黄土崩塌的运动过程模拟
• 6.5.1 安河乡崩塌模拟
• 6.6 崩塌的致灾范围
• 6.6.1 崩塌体的堆积特征
• 6.6.2 崩塌的影响范围
• 6.7 小结
• 结论和建议
• 参考文献
• 致谢