三峡库区边坡岩土体蠕滑与控制的现代非线性科学研究

论文摘要

三峡库区是我国滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的多发区。三峡工程建成蓄水后,存在年高达30m落差的周期性库水水位涨落的影响,使得江水对岸坡的强烈改造比过去将增强上百倍,必然会导致岸坡岩体的整体稳定性下降,加速滑坡进程,给库区带来更大威胁。所以这是一个十分严峻而又不可回避的非常现实的问题,亟待研究和解决。因此,本文开展库区内边坡岩体稳定性控制的研究具有重要的现实意义。研究内容共七章。第一章总论,论述了边坡稳定性分析、边坡失稳时间预测预报、边坡岩体蠕滑机理、非线性科学理论用于边坡稳定性分析的国内外研究现状,并拟定了研究的内容。第二章论述了三峡库区的地质地理特征,库区边坡蠕滑的机理与类型、蠕滑的地质模型与失稳模式以及研究了库区大型滑坡的自组织临界特征。第三章进行了不同含水量的砂岩在单轴和三轴压缩条件下的应力-应变全过程曲线试验,根据岩土体的变形特性,对岩土本构关系的Duncan模型的缺点进行了改进。第四章从理论上深入地研究了不同条件下岩石受载变形的屈服应力和在工程岩体中确定屈服应力的方法,选择了蠕变方程,提出了可用于确定岩石不同变形阶段的蠕变破坏失稳判据和预测蠕变初始失稳时间的计算公式,从而提出了工程岩体蠕变断裂失稳的两步计算法。第五章重点研究了岩石蠕变参数的确定方法,特别是关于用Kaiser效应测定地应力的方法。并且,在此基础上以重庆云阳寨坝边坡为例,采用了3D-σ数值分析软件,考虑受构造应力影响的加载条件下,进行了其稳定性分析,应用第四章的理论划出了潜在失稳区、塑性变形危险区,其分析结果与地勘探测和实际观测资料十分吻合。这一章的研究不仅验证了二,三,四章的研究成果,而且对寨坝地区今后的工程建设也具有指导意义。第六章进行了边坡稳定性控制的突变和混沌理论分析,在尖点突变模型中考虑了水对边坡稳定性的影响,根据刚体极限平衡理论,得到了在内外因素的影响下边坡蠕滑的失稳条件,首次应用燕尾突变理论对边坡稳定性进行了初步的探讨。并建立了边坡演化过程的非线性动力学模型,对边坡系统的演化途径作了定量和定性分析。第七章是总结了本文的主要结论和创新点,并对需要进一步研究的问题提出

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 总论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状与评述
• 1.2.1 在边坡稳定性的研究方面
• 1.2.2 在边坡失稳时间预测预报的研究方面
• 1.2.3 在边坡岩体蠕滑机理的研究方面
• 1.2.4 在非线性科学理论用于边坡稳定性分析应用的研究方面
• 1.3 本文拟定的研究内容
• 2 三峡库区边坡岩体蠕滑机理与类型
• 2.1 三峡库区岸坡稳定性划分、气象、水文地质条件
• 2.1.1 库区岸坡按稳定性的划分
• 2.1.2 库区各区、县滑坡等地质灾害特点
• 2.1.3 库区气象水文特征
• 2.1.4 库区区域水文地质
• 2.2 边坡岩体的蠕滑机理与类型
• 2.2.1 边坡岩体的蠕滑机理
• 2.2.2 边坡岩体的蠕滑类型
• 2.3 三峡库区边坡岩体蠕滑的地质模型、失稳模式与类型
• 2.3.1 库区边坡蠕滑的地质模型
• 2.3.2 库区边坡蠕滑失稳的模式
• 2.3.3 库区边坡蠕滑类型
• 2.4 三峡库区边坡岩体蠕滑失稳影响因素的分析
• 2.4.1 边坡岩体的结构面与岩体质量的影响
• 2.4.2 水对边坡稳定性的影响
• 2.5 三峡库区大型滑坡形成的自组织临界特征研究
• 2.6 本章小结
• 3 岩石变形特性实验及岩土本构关系的研究
• 3.1 岩石变形特性试验研究
• 3.1.1 试验设备及岩样加工
• 3.1.2 单轴压缩试验
• 3.1.3 三轴压缩试验
• 3.2 岩土本构关系
• 3.2.1 本构关系研究现状
• 3.2.2 Duncan 本构模型的改进
• 3.3 砂岩三轴实验曲线与理论曲线对比分析
• 3.4 本章小结
• 4 工程岩体蠕变断裂失稳的两步计算方法
• 4.1 岩石受载变形的长期强度、体积压缩和膨胀系数
• 4.1.1 岩石受载变形一般规律的进一步讨论
• 4.1.2 岩石的长期强度
• 4.1.3 围压、流体孔隙压力和温度对上述参数的影响
• 4.2 岩石蠕变方程的选择
• 4.2.1 问题研究的简要回顾
• 4.2.2 岩石不同应力水平时的蠕变特性及其用组合模型的表述
• 4.2.3 蠕变方程的选择
• 4.2.4 岩石应力和蠕变断裂判据的讨论
• 4.3 工程岩体蠕变失稳的时间预测
• 4.4 工程岩体蠕变断裂失稳预测的两步法计算
• 4.5 本章小结
• 5 重庆市云阳县寨坝边坡稳定性分析
• 5.1 重庆市云阳县寨坝边坡地质特征
• 5.1.1 地形
• 5.1.2 地层岩性
• 5.1.3 地质构造
• 5.1.4 水文地质条件
• 5.1.5 滑坡体基本特征
• 5.1.6 岩土体的透水性
• 5.2 边坡岩（土）体力学特性试验及基本力学参数的确定
• 5.2.1 剪切变形特性试验及C、φ值的确定
• 5.2.2 抗拉试验以及拉应力和拉应变的确定
• 5.2.3 蠕变试验以及蠕变模型和蠕变参数的确定
• 5.3 云阳县寨坝边坡原岩地应力测试
• 5.3.1 声发射Kaiser 效应测试原理
• 5.3.2 试件加工、试验设备及试件端部处理
• 5.3.3 实验过程及结果
• 5.3.4 地下岩体测点处的地应力计算
• 5.3.5 主应力计算结果
• 5.3.6 地下岩体地应力椭球的基本方程
• 5.3.7 云阳县寨坝边坡构造应力分析
• 5.4 云阳县寨坝边坡稳定性的有限元数值分析
• 5.4.1 3D-σ有限元数值分析计算软件简介
• 5.4.2 边坡稳定性有限元数值模拟
• 5.5 本章小结
• 6 边坡稳定性控制的突变与混沌理论分析
• 6.1 边坡稳定性的突变理论分析
• 6.1.1 突变理论
• 6.1.2 边坡稳定性的突变理论模型
• 6.1.3 边坡演化的非线性动力学模型
• 6.2 边坡演化的混沌与分形特征研究
• 6.2.1 重构相空间
• 6.2.2 关联维数D2
• 6.2.3 Kolmogorov 熵K2
• 6.2.4 Lyaponuv 指数
• 6.3 本章小结
• 7 结论与建议
• 7.1 主要结论
• 7.2 本文的主要创新点
• 7.3 建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 独创性声明
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