基于非饱和土理论的残积土边坡信息管理与风险评估系统构建

论文摘要

边坡灾害作为一种发生频率高、危害性大的地质灾害,在福建省高速公路边坡时有发生,造成了巨大的生命财产损失。福建省高速公路边坡通常由非饱和残积土组成,对于滑坡的风险评估常以安全系数稳定分析法或区域滑坡评价法其中一种作为评估方法。受降雨的影响,土体的吸力和初始含水量发生变化,影响非饱和残积土的剪切特性,进而影响单体边坡稳定分析结果的准确性；随着滑坡风险评估理论的研究,学者们发现安全系数在边坡实时风险评估中无法全面的反映边坡的实际情况,单一的边坡稳定分析法或滑坡评价法无法全面的对滑坡灾害进行风险评估。因此本文进行非饱和残积土直剪试验,研究增湿过程后初始含水量变化对土体剪切特性的影响。利用Qgis软件对滑坡风险评估方法进行研究,结合试验结果架构边坡信息管理与滑坡风险评估系统。本文主要有以下内容：首先,对论文的研究背景及意义进行阐述,介绍论文的主要研究内容及结构。其次,对非饱和土的相关理论进行了简要回顾,介绍强度特性的研究现状。然后,进行非饱和残积土直剪试验,并对结果进行分析：1.非饱和残积土剪切试验,利用增湿过程模拟降雨时土体含水量的增加,研究增湿过程对土体剪切特性的影响,试验在将土体基质吸力降为OkPa的增湿条件下进行。试验结果表明增湿过程对土体的影响是使土体粘聚力大幅度降低,对内摩擦角的影响极小。2.增湿过程后初始含水量变化下的非饱和残积土剪切试验,研究初始含水量变化对土体剪切特性的影响。试验结果表明净法向应力相同时,土的抗剪强度参数随初始含水量的增加而减小,有效粘聚力的变化远大于有效内摩擦角。通过试验得到的土体抗剪强度参数进行数值分析,分别采用安全系数和可靠度作为边坡的安全度指标进行计算,结果表明可靠度更适合作为滑坡风险评估的指标。再次利用Qgis软件对福建省滑坡灾害规律进行分析,发现滑坡点分布与坡度、坡向、高程、岩组类型、地质构造、降水量、土地利用情况和边坡点与水系间的距离等8个滑坡的影响因素之间具有明显的规律性,选用该8个滑坡影响因素作为分析因素。利用信息量法对福银高速福建段进行了滑坡风险评价。最后结合Qgis软件和Geo-Studio软件实现系统的单体边坡稳定性分析法,结合Qgis软件和Google Earth技术实现系统的区域滑坡风险评价法,从而实现边坡信息管理与滑坡风险评估系统的滑坡风险评估功能。将风险评估结果与风险评估所需的图像资料、数据资料进行汇总、整理和存储,架构完整的边坡信息管理数据库,形成最终的福银高速公路福建段边坡信息管理与滑坡风险评估系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 主要符号
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景和意义
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文结构
• 第二章 相关理论及文献回顾
• 2.1 引言
• 2.2 非饱和土
• 2.2.1 土水特征曲线
• 2.2.1.1 一般特性
• 2.2.1.2 滞后性
• 2.2.2 非饱和土的强度特性
• 2.2.2.1 应力状态和应力状态变量
• 2.2.2.2 非饱和土抗剪强度
• 2.2.3 土的吸力
• 2.2.4 降雨入渗条件下初始含水量变化对边坡稳定性的影响
• 2.2.4.1 降雨入渗对边坡稳定性的影响
• 2.2.4.2 初始含水量变化对边坡稳定性的影响
• 2.3 边坡信息管理数据库
• 2.3.1 地理信息系统（GIS）技术
• 2.4 滑坡风险评估
• 2.4.1 单体边坡稳定性分析方法
• 2.4.1.1 确定性方法
• 2.4.1.2 不确定性方法
• 2.4.2 区域滑坡风险评价
• 2.5 小结
• 第三章 初始含水量变化及增湿条件下非饱和残积土的剪切试验
• 3.1 引言
• 3.2 试验技术及试验设备
• 3.2.1 试验技术
• 3.2.2 试验设备
• 3.3 试验准备
• 3.3.1 陶土板饱和
• 3.3.2 渗漏检查
• 3.4 残积土剪切试验
• 3.4.1 试验参数
• 3.4.1.1 增湿过程
• 3.4.1.2 剪切速率
• 3.4.1.3 剪切位移
• 3.4.2 试验材料
• 3.4.3 试验方案
• 3.4.4 试样制备
• 3.4.5 试验操作过程
• 3.5 试验结果分析
• 3.5.1 试验增湿过程
• 3.5.2 增湿过程对土体强度的影响
• 3.5.3 初始含水量、净法向应力对应力应变的影响
• 3.5.4 初始含水量对土体强度的影响
• 3.5.5 初始含水量变化下的土体抗剪强度值
• 3.6 小结
• 第四章 单体边坡稳定的可靠度分析
• 4.1 引言
• 4.2 可靠度分析的原理及模型
• 4.3 概率密度函数
• 4.4 可靠指标
• 4.5 可靠性计算方法
• 4.6 工程实例分析
• 4.6.1 研究概况
• 4.6.2 计算模型及其结果
• 4.7 结合GIS技术与试验结果的可靠度分析
• 4.8 小结
• 第五章 高速公路边坡区域滑坡规律研究
• 5.1 引言
• 5.2 研究区域介绍
• 5.2.1 地形地貌
• 5.2.2 地质构造
• 5.2.3 地层岩性
• 5.2.4 水文气象
• 5.3 边坡资料的搜集
• 5.4 滑坡影响因素的选取
• 5.5 边坡信息管理数据库
• 5.6 福建省滑坡灾害规律
• 5.6.1 地层岩组与滑坡分布
• 5.6.2 地形地貌与滑坡分布
• 5.6.3 地质构造与滑坡分布
• 5.6.4 降雨量与滑坡分布
• 5.6.5 土地利用情况与滑坡分布
• 5.6.6 边坡离水系的距离与滑坡分布
• 5.7 小结
• 第六章 滑坡的区域风险评价
• 6.1 引言
• 6.2 信息量法
• 6.2.1 应用于滑坡风险评价的信息量法
• 6.2.2 信息量模型与GIS技术的结合
• 6.2.3 影响因素变量状态的划分
• 6.2.4 研究区域网格划分
• 6.2.5 滑坡风险评价模型的建立
• 6.2.5.1 评估过程
• 6.2.5.2 评价模型
• 6.2.5.3 滑坡灾害风险评价的等级划分
• 6.2.5.4 模型验证
• 6.3 福银高速公路滑坡风险评价
• 6.4 信息量法与可靠度分析法的比较
• 6.5 小结
• 第七章 福银高速公路福建段滑坡风险评估系统的建立
• 7.1 引言
• 7.2 GIS简介
• 7.3 滑坡风险评估系统
• 7.3.1 系统界面
• 7.3.2 系统的监测数据远程传输
• 7.3.3 系统的边坡可靠度分析
• 7.3.4 系统的区域滑坡风险评价
• 7.4 边坡信息管理数据库的组成
• 7.4.1 研究区域资料
• 7.4.2 福建省历史滑坡资料和近期滑坡资料
• 7.4.3 单体边坡资料
• 7.4.4 区域滑坡风险评价资料
• 7.5 系统的边坡信息资料查询
• 7.5.1 [Identify]查询
• 7.5.2 [Select]区域查询
• 7.5.3 [Find]关键字查询
• 7.5.4 [Query Builder]条件查询
• 7.5.5 [Spatial Query]图层叠加查询
• 7.6 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历