季节冻土区边坡冻融稳定性研究

论文摘要

随着西部大开发和振兴东北战略的实施,季节冻土区的基础设施建设将得到很大的发展,然而,季节冻土区边坡的冻融灾害是工程建设中面临的困难之一。目前为止,季节冻土的理论研究很少且资料很分散,使得理论研究远远落后于工程实践。因此,季节冻土区边坡冻融稳定性研究迫在眉睫。本文分别利用极限平衡法和有限单元法对季节冻土区土质边坡的冻融稳定性进行了分析,并基于已建立的数值模拟途径对季节冻土区融化过程的边坡的主要影响因素进行探讨。主要得到以下几方面的内容:(1)结合季节冻土区边坡的特点,引入极限平衡法,建立了季节冻土区融化边坡的稳定性评价方法。根据导出的季节冻土区融化边坡安全系数的公式得出:随着融化深度的增大、坡度的增加、有效粘聚力的减小、有效内摩擦角的减小,安全系数减小;(2)基于有限单元法建立了季节冻土区边坡冻融稳定性的数值模拟途径,以哈同公路某一路堑边坡为背景,采用大型非线性有限元软件ABAQUS对该边坡稳定性进行数值分析。得到的滑坡位置及滑坡形式与极限平衡法得出的结果吻合较好,初步验证此数值模拟途径的可行性。利用强度折减法分别对非冻土区边坡(无冻融层)、季节冻土区边坡的冻结过程、季节冻土区边坡的融化过程三种工况进行稳定性评价及应力对比分析,结果表明:经过冻融过程边坡的稳定性降低;三种工况的最大主应力迹线相似、最小主应力、最大剪应力迹线不同;(3)研究了融化过程中,初始含水量、冻结温度、坡度、季节冻融层厚度四个主要影响因素对季节冻土区边坡稳定性的影响,并分别建立这些影响因素与季节冻土区全融边坡安全系数的拟合公式,从而进一步充实了季节冻土区边坡冻融稳定性的研究内容,以期对工程实践提供一定指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 边坡稳定性分析研究现状
• 1.3.2 冻土边坡稳定性研究现状
• 1.4 研究内容
• 第2章 极限平衡法分析季节冻土区边坡稳定性
• 2.1 引言
• 2.2 极限平衡法概述
• 2.2.1 极限平衡法的基本原理
• 2.3 极限平衡法分析季节冻土区融化边坡稳定性
• 2.3.1 基本假定
• 2.3.2 融化边坡安全系数推导
• 2.4 本章小结
• 第3章 有限单元法分析季节冻土区边坡冻融稳定性
• 3.1 引言
• 3.2 有限元法简介
• 3.3 条件简化
• 3.4 有限元力学模型研究
• 3.4.1 计算范围、边界条件和单元类型的选取问题
• 3.4.2 土的本构模型的选取
• 3.4.3 材料参数的输入
• 3.5 安全系数的确定方法
• 3.5.1 强度折减技术的计算原理
• 3.5.2 失稳判别准则
• 3.6 数值模拟途径的可靠性检验
• 3.6.1 工程概况
• 3.6.2 计算模型及参数选取
• 3.6.3 模拟结果分析
• 3.7 季节冻土区边坡冻融稳定性的分析
• 3.7.1 非冻土区边坡稳定性的分析
• 3.7.2 冻结边坡稳定性分析
• 3.7.3 融化边坡稳定性分析
• 3.7.4 冻融过程对边坡稳定性的影响
• 3.8 本章小结
• 第4章 季节冻土区边坡稳定性影响因素分析
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型与力学参数的选取
• 4.2.1 模型建立
• 4.2.2 力学参数选取
• 4.3 初始含水量对融化边坡稳定性的影响
• 4.4 坡度对融化边坡稳定性的影响
• 4.5 冻结温度对融化边坡稳定性的影响
• 4.6 季节冻融层厚度变化对融化边坡稳定性的影响
• 4.7 工程应用讨论
• 4.8 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢