深切河谷岸坡开挖过程动态预警方法研究

论文摘要

我国目前在建或即将建设的大型水电工程主要位于我国西南高山峡谷地区,由于该地区边坡具有高、陡、地质条件复杂和形成历史特殊的特点,使得该地区水电工程建设过程中遇到的边坡开挖过程稳定性评价问题有其特殊性。为满足我国西南地区重大水电工程建设的需要,本文围绕我国西南地区深切河谷岸坡开挖过程动态预警方法研究这一岩质边坡开挖过程安全性评价课题,以糯扎渡水电站坝址区典型高边坡开挖为工程背景,在现有岩质边坡开挖过程稳定性评价研究成果基础上,系统地从深切河谷岸坡初始地应力场反演、边坡开挖过程岩体力学参数辨识和边坡开挖过程动态监测预警指标确定三方面开展研究,形成了一套较完整的深切河谷岸坡开挖过程动态预警方法。本文主要研究工作与获得的研究成果概括如下:（1）考虑地表剥蚀和河流侵蚀下切作用,研究了该地区近“V”字型对称河谷宽深比对岸坡初始地应力场的影响,给出了进行该地区近“V”字型对称河谷岸坡初始地应力场反演时需要考虑河谷下切因素影响的河谷宽深比范围;建立了地表剥蚀和河流侵蚀分层及其厚度的确定方法,为地表剥蚀和河流侵蚀下切过程的模拟提供合理的依据;（2）针对我国西南地区深切河谷岸坡高、陡、地质条件复杂和形成历史特殊的特点,建立了适合该地区深切河谷岸坡初始地应力场的三维非线性反演方法,为进行深切河谷地区初始地应力场的反演提供科学的方法;（3）针对由于地质和结构特征的不同造成的边坡变形破坏机制存在差异,以及同一边坡在不同施工开挖阶段的变形规律和量值也存在差别,采用工程类比方法获得的单一的静态的边坡变形监测预警指标是无法表达某一边坡在施工开挖过程中动态的变形规律和特征的问题,提出了基于设计安全系数和破坏模式的边坡开挖过程中动态变形监测预警指标的确定思路和方法,为边坡在每一步开挖过程中的整体变形破坏的动态预监测警提供了科学的方法。（4）以糯扎渡水电站坝址区溢洪道消力塘左侧边坡为研究对象,将适合于我国西南地区深切河谷地区初始地应力场的三维非线性反演方法应用于云南澜沧江糯扎渡水电站坝址区初始地应力场的反演分析,为坝址区边坡开挖提供初始应力条件;采用智能位移反分析方法对溢洪道消力塘左侧边坡在770m-755m开挖步的岩体力学参数进行反演,为该边坡在755m-740m开挖过程中预警指标的确定提供岩体力学参数基础;将岩质边坡开挖过程动态监测预警方法应用于糯扎渡水电站溢洪道消力塘左侧高边坡755m-740m开挖过程安全状态的合理定位,为工程的顺利进行提供了技术保障。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题依据和研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 工程区岩体初始地应力场反演研究概况
• 1.2.2 岩土力学参数辨识研究概况
• 1.2.3 边坡变形监测预警指标确定方法研究概况
• 1.3 有待进一步研究的问题
• 1.4 本文主要研究工作及总体思路
• 第二章 理论基础
• 2.1 智能方法理论基础
• 2.1.1 引言
• 2.1.2 遗传算法
• 2.1.3 粒子群优化算法基本理论
• 2.1.4 人工神经网络
• 2.1.5 支持向量机理论
• 2.2 数值计算方法理论基础
• 2.2.1 引言
• 2.2.2 运动方程
• 2.2.3 本构方程
• 2.2.4 边界条件
• 2.2.5 应变、应力及节点不平衡力
• 2.2.6 阻尼力
• 2.2.7 计算流程
• 2.2.8 屈服准则
• 2.3 均匀设计方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 深切河谷岸坡初始地应力场反演方法研究
• 3.1 引言
• 3.2 河谷宽深比对岸坡初始地应力场影响分析
• 3.2.1 问题的描述
• 3.2.2 未考虑河谷下切作用地应力分布
• 3.2.3 考虑河谷下切作用地应力分布
• 3.2.4 河谷下切作用对岸坡卸荷影响深度的初步确定
• 3.2.5 河谷宽深比对河谷岸坡地应力的影响分析
• 3.3 考虑河谷下切因素的河谷岸坡初始地应力场反演方法研究
• 3.3.1 地表剥蚀和河流侵蚀分层及其厚度的确定
• 3.3.2 考虑河流侵蚀下切作用河谷区三维初始地应力场非线性反演方法
• 3.4 本章小结
• 第四章 边坡开挖过程岩体力学参数智能位移反分析方法
• 4.1 引言
• 4.2 边坡反演问题的一般理论
• 4.2.1 反演问题的提法
• 4.2.2 反演问题的求解
• 4.2.3 边坡反演问题
• 4.2.4 边坡工程中位移反分析目标函数的确定
• 4.2.5 边坡反演问题的基础信息
• 4.3 考虑开挖卸荷效应的智能位移反分析方法
• 4.3.1 边坡岩体力学参数与开挖引起位移非线性映射关系的确定
• 4.3.2 位移反分析的神经网络-遗传优化算法
• 4.3.3 反演所采用的数值模拟方法
• 4.4 本章小结
• 第五章 边坡开挖过程动态预警方法研究
• 5.1 引言
• 5.2 边坡开挖过程动态预警方法的提出
• 5.3 边坡开挖影响区动态预警的工程地质分析方法
• 5.4 边坡开挖过程整体变形动态监测预警方法
• 5.4.1 边坡设计安全系数
• 5.4.2 岩质边坡开挖过程破坏模式
• 5.4.3 考虑开挖卸荷效应的安全系数计算方法
• 5.4.4 开挖边坡岩体物理力学参数与边坡安全系数Fs的关系
• 5.4.5 岩质边坡开挖过程整体变形动态监测预警方法技术思路
• 5.5 本章小结
• 第六章 工程实例研究
• 6.1 工程概况
• 6.1.1 糯扎渡水电站工程概况
• 6.1.2 溢洪道消力塘左侧边坡概况
• 6.2 坝址区地应力场非线性反演
• 6.2.1 坝址区实测地应力分析
• 6.2.2 河谷宽深比对岸坡初始应力场影响分析
• 6.2.3 地表剥蚀和河流侵蚀下切作用的模拟依据与假定
• 6.2.4 地表剥蚀和河流侵蚀分层及其厚度的确定
• 6.2.5 坝址区地应力场三维非线性反演
• 6.3 溢洪道消力塘左侧边坡开挖过程岩体力学参数反演
• 6.3.1 二维计算剖面概述
• 6.3.2 监测点布置
• 6.3.3 位移反分析目标的确定
• 6.3.4 反演关键开挖步的确定
• 6.3.5 开挖扰动区
• 6.3.6 计算模型和计算条件
• 6.3.7 岩体初始应力场
• 6.3.8 采用的支护措施及其模拟方法
• 6.3.9 边坡770m-755m高程开挖二维弹塑性参数反演开挖步确定
• 6.3.10 边坡770m-755m高程开挖二维弹塑性参数反演样本构造
• 6.3.11 边坡770m-755m高程开挖二维弹塑性参数反演
• 6.3.12 边坡770m-755m高程开挖二维弹塑性参数反演结果
• 6.4 溢洪道消力塘左侧边坡开挖过程动态监测预警指标确定
• 6.4.1 监测预警安全系数范围的确定
• 6.4.2 安全系数Fs与各岩层岩体凝聚力c关系的确定
• 6.4.3 边坡破坏模式及监测预警指标的确定
• 6.4.4 边坡预警指标量与边坡安全系数Fs之间的敏感性分析
• 6.4.5 变形监测预警指标建议值的确定
• 6.4.6 边坡755m～740m开挖过程安全状态判别
• 6.4.7 小结
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间参与的科研项目与发表论文
• 致谢