湖南境内高速公路滑坡的动力学过程与监测预报研究

论文摘要

高速公路，作为现代交通的娇子，不仅仅是速度和效率的代表，而且已成为综合国力的象征和衡量国民经济现代化水平的重要标志。湖南省高速公路网规划以国家“7918”高速公路网布局为基础，构设了总里程约为5500公里的东西纵横、南北相贯的网络，对于待建的3511公里高速公路，湖南省未来三十年的建设任务任重道远。根据规划设计，境内路网里程50％以上分布在山区，因此，高速公路滑坡的本质安全防范措施、预报预警和治理工作已成为相关单位面临的重点和难点。本人以高速公路滑坡动力学过程和稳定性分析为主线、以公路滑坡预报预警为目的展开了课题研究，所做的工作和取得的主要成果可概括如下： 通过对湖南省公路工程地质条件的研究，认为湖南省横跨扬子和华南两个陆块，处于云贵高原向江南丘陵和南岭山地向江汉平原的过渡地带，区内地势变化较大，地貌形态复杂多样，工程地质条件较为复杂，为高速公路滑坡灾害的发育储备了条件；在此基础上，深刻分析了境内已建高速公路滑坡诱发原因，指出随着湖南省高速公路建设行为的加剧，必然会带来大量坡面地质灾害，形成不同程度的滑坡隐患。 在湖南省高速公路滑坡灾害现状研究的基础上，全面研究了导致高速公路边坡滑坡产生的地质、构造、地形地貌、水文地质等内在原因，以及气候条件、地震、人类工程活动等外在原因，并对境内高速公路滑坡地质灾害的动力学特征作了深入探索，得出了境内高速公路滑坡的产生与公路沿线斜坡的岩土性质关系最为密切以及降雨是高速公路滑坡的主要诱发因子的重要结论；利用有限元方法，对顺层岩质边坡的破坏机理和强降雨条件下公路边坡下水渗流场动态进行了数值模拟，为道路边坡的稳定性分析和滑坡监测预报提供了重要的分析数据。 在极限平衡分析的基础上，提出了全局确定边坡最小安全系数的禁忌搜索方法，建立了相应的模型，并将该方法应用于不同几何形状和土层信息的边坡稳定分析中，通过实例计算求证，可以为高速公路滑坡提供合乎实际的最小安全系数及其最危险滑动面。 基于GPS定位技术具有测站间无需保持通视，观测不受气候条件限制，可同时测定点的3维位移，自动化程度高，而且短距离变形监测的精度可达亚毫米级等优点，将GPS技术进一步应用于公路滑坡监测。在研究中首先假设公路滑坡体为刚体，建立了滑坡的动态模型，然后用变形后的监测

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 研究思路
• 1.3 研究工作概况
• 1.4 取得的主要研究成果
• 1.5 本章小结
• 第二章 湖南省高速公路地质条件及滑坡灾害
• 2.1 湖南省高速公路地质条件
• 2.1.1 地形地貌
• 2.1.2 地层岩性
• 2.1.3 地质构造
• 2.1.4 气象和水文地质
• 2.1.5 岩土体类型及工程性质
• 2.1.6 地震及新构造运动
• 2.1.7 人类工程活动对公路地质环境的影响
• 2.2 湖南省高速公路网规划布局及特点
• 2.2.1 湖南省高速公路网布局
• 2.2.2 湖南高速公路规划特点
• 2.3 湖南省高速公路地质灾害
• 2.3.1 公路滑坡灾害现状
• 2.3.2 公路滑坡灾害的基本特征
• 2.3.3 公路滑坡形成的动力
• 2.3.4 公路滑坡的发育特征
• 2.3.5 公路滑坡的成生条件
• 2.4 本章小结
• 第三章 高速公路滑坡动力学过程
• 3.1 高速公路滑坡形成的动力机制
• 3.1.1 公路滑体变形功率理论
• 3.1.2 公路滑体极限平衡理论
• 3.1.3 公路滑体平衡性分析和相关计算
• 3.2 土的强度指标对高速公路滑坡形成的影响
• 3.2.1 土的不同固结状态的有效强度指标
• 3.2.2 土的强度指标对公路滑坡形成的影响
• 3.2.3 降水对公路滑坡体强度的影响
• 3.3 高速公路滑坡体在降雨条件下的水渗流分析
• 3.3.1 岩土饱和-非饱和渗流数学模型
• 3.3.2 工程应用实例
• 3.4 高速公路岩质边施工对滑坡形成的影响
• 3.4.1 公路边坡起裂准则
• 3.4.2 公路边坡开挖引起的岩体强度的变化
• 3.4.3 公路边坡开挖对裂隙扩展的影响机理
• 3.5 高速公路顺层岩质滑坡体失稳机理的数值模型
• 3.5.1 公路顺层滑坡体结构面的数值模拟方法
• 3.5.2 公路顺层岩质滑坡体的数值模拟分析
• 3.6 高速公路滑坡体中双层结构岩质滑体破坏分析
• 3.6.1 公路滑坡体破坏机理分析
• 3.6.2 公路滑坡体稳定性分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 高速公路滑坡稳定性分析
• 4.1 公路滑坡稳定性概念
• 4.1.1 公路滑坡稳定安全系数
• 4.1.2 公路滑坡稳定性评价的依据
• 4.1.3 公路滑坡稳定性的影响因素
• 4.1.4 公路滑坡稳定性评价的主要方法
• 4.2 条分法在高速公路滑坡稳定性分析中的运用
• 4.2.1 条分法基本理论和假定
• 4.2.2 以条分法为基本理论的公路滑坡稳定分析方法
• 4.3 有限元分析法在高速公路滑坡稳定性分析中的运用
• 4.3.1 弹性非线性模型
• 4.3.2 双屈服面弹塑性模型
• 4.3.3 非线性有限元计算
• 4.3.4 有限元计算成果和安全判定准则
• 4.4 FLAC法在高速公路滑坡稳定性分析中的运用
• 4.4.1 FLAC法简述
• 4.4.2 FLAC法计算实例
• 4.5 反分析法在高速公路滑坡稳定性分析中的运用
• 4.5.1 反分析法简述
• 4.5.2 反分析基本原理
• 4.5.3 参数反演的优化法
• 4.6 禁忌搜索在高速公路滑坡稳定性分析中的运用
• 4.6.1 边坡最小安全系数确定的禁忌搜索
• 4.6.2 算例分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 高速公路滑坡监测预报理论与基本方法
• 5.1 基于 GPS对高速公路滑坡监测的数学模型研究
• 5.1.1 公路滑坡的卡尔曼滤波模型
• 5.1.2 公路滑坡的动态模型
• 5.1.3 公路滑坡监测中的观测方程
• 5.1.4 公路滑坡监测卡尔曼滤波模型
• 5.2 高速公路滑坡监测方法
• 5.2.1 公路滑坡监测方法的综述
• 5.2.2 各种方法在公路滑坡监测中的适用性
• 5.2.3 公路滑坡监测方法的优选原则
• 5.3 高速公路滑坡预测预报方法
• 5.3.1 遗传进化算法
• 5.3.2 神经网络算法
• 5.3.3 模糊测试理论
• 5.3.4 灰色系统理论
• 5.3.5 以灰色理论为基础建立的时间预报动态模型
• 5.3.6 以蠕变理论为基础建立的时间预报公式
• 5.3.7 公路滑坡预报定量定性模型
• 5.3.8 公路滑坡预报判据
• 5.3.9 公路滑坡的综合信息预报
• 5.4 本章小结
• 第六章 地球物理与高速公路滑坡预测预报
• 6.1 地球物理方法在高速公路滑坡勘查中的运用
• 6.1.1 公路滑坡勘查的内容
• 6.1.2 公路滑坡勘查的技术方法
• 6.1.3 公路滑坡滑床的确定原则
• 6.1.4 公路滑坡的动态观测
• 6.2 地球物理方法在公路滑坡灾害中的应用
• 6.2.1 电法勘探
• 6.2.2 地震勘探
• 6.3 地理信息系统（GIS）在高速公路滑坡预测预报中的应用
• 6.4 地球物理方法探测公路滑坡灾害的应用实例
• 6.4.1 测区地形地质条件及地球物理特征
• 6.4.2 物探工作布置
• 6.4.3 地球物理勘探方法原理及资料处理
• 6.4.4 物探成果分析
• 6.4.5 结论
• 6.5 本章小结
• 第七章 主要结论及存在的问题
• 主要参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间主要的研究成果