边坡-开题报告(共12页)

1、 PAGE 14攻读硕士学位研究生学位论文开题(ki t)报告学 院： 交通(jiotng)与土木工程(tm gngchng)学院 专 业： 森林工程 学 号： 1141326002 姓 名： 俞椿辉 研究方向： 道路与建筑工程 指导教师： 张正雄 教授 论文题目： 闽西北山区公路滑坡灾害 成因分析与防治策略研究 制定时间： 2015年11月15日 福建农林大学研究生处制表本研究的立题依据和目标1、本项目研究的意义及在国内外的研究现状与存在的问题；1.1 研究意义滑坡是一种常见的全球性分布的地质灾害。自二十世纪以来，随着经济发展、人口增加、人类对资源需求和生存空间不断扩大，促使各类工程活动对地

2、质环境的扰动不断加大，近年来受全球气候变化的影响，各类极端天气层出不穷，造成滑坡灾害发生的频率越来越高，分布的范围越来越广，所造成的生命、财产损失也不断地加大。如今滑坡已成为全球性的三大自然灾害之一。 中国是世界上滑坡地质灾害最为严重的地区之一，特别是二十世纪80年代以来，随着经济飞速发展及自然环境条件因素的影响，滑坡地质灾害的发生有逐年增加的趋势。滑坡灾害在全国范围内皆有分布，尤其是在断裂构造发育、地震活动频繁的西部地区，滑坡更是以其规模大、成因机制复杂、危害性大等特点在全球范围内具有典型性和代表性。如2001年5月1日重庆武隆县城岩石边坡滑塌造成79人死亡；2010年3月10日，陕西子洲县

3、双湖峪镇双湖峪村石沟发生山体滑坡地质灾害，44人被压埋。这些血的教训告诫我们对滑坡灾害再也不能漠视。闽西北地处东南沿海，属于低山、丘陵区，境内峰峦叠嶂、丘陵起伏，素有“八山一水一分田”之称，地质条件复杂，地质环境脆弱。因为山多地少，用地条件差，境内公路建设多需开山挖隧和高填深挖，形成了大量的高陡边坡。同时，福建属于亚热带海洋性季风型山地气候，台风暴雨多，降雨量大，年降雨量达800-1900mm。特殊的气候条件和地质环境条件极易诱发大量的崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害，使闽西北成为全国边坡失稳滑坡等地质灾害的主要易发区和多发区之一，给闽西北的经济发展、公路建设和人民生命财产安全带来了极大的危害。例

4、如2014年8月19日，延顺高速峡阳镇安科村大源隧道口发生山体滑坡，导致4名工人被埋压。当消防人员赶赴现场时，4名被埋压工人均已无生命迹象。目前关于闽西北山区公路滑坡灾害问题的研究极少，对滑坡的发生条件和成灾规律缺乏系统的认识，致使滑坡的调查和滑坡治理方案确定时常常出现失误，从而导致工期延误和经济损失。因此，系统研究省内山区公路滑坡的发育规律，对我省的公路建设是十分重要的。通过对闽西北山区公路滑坡的调查分析，研究滑坡发育规律，结合工程实例进行滑坡稳定性分析，确定易滑区域，提出各类滑坡合理的防治对策，对减少滑坡灾害的发生和采取经济合理的治理措施是十分重要的，对指导今后的公路建设和保障已建公路的畅

5、通均具有十分重要的现实意义。1.2国内外滑坡研究现状边坡是人类工程活动中最普遍的地质地貌环境之一，由于各种不利地质环境的影响和人为破坏的因素，边坡经常发生变形失稳破坏，如滑坡、崩塌、泥石流等，严重威胁人们的生命、财产安全，给工程经济造成了重大损失。滑坡灾害给世界各国造成的经济损失估计每年可达数十亿美元，治理的费用惊人。因此滑坡灾害作为三大地质灾害之一，己引起了岩土工程界的极大关注1。20世纪90年代：形成了“系统工程地质学”和“工程地质系统集成”等学术思想，开始了从认识地质体向适应乃至改造地质体、从认识地质灾害向控制灾害发生的过度。20世纪90年代初，现代系统科学的重要组成部分非线性科学26被

6、引入到地质灾害的研究中。人们借助于非线性科学，认识到系统形成与演变的非线性特性。由此可见，对崩滑地质灾害的研究，在认识上，人们走过了对系统认识从封闭到半开放、开放，对系统行为从确定性到随机性、混沌性，对系统内涵从线性到非线性的历程；在理论基础上，人们逐步将传统静力学、近代岩体力学、现代数理力学及非线性科学理论引入应用；在行为目的上，从认识灾害发生机制、评价预测其发生可能性到进行灾害控制与治理，走过了从认识自然到改造自然的艰难历程。尽管如此，人们还是不得不承认这样一个事实：迄今为止，崩滑地质灾害的评价、预测问题并没有得到根本性解决，灾害仍在频繁发生，我们仍面临着极高的地质灾害风险。90年代以后，

7、系统科学、非线性科学的思想被引入复杂地质过程和边坡稳定性研究78，认识到了复杂边坡地质体的稳定性及其控制机制和可能的控制途径，认识到了系统形成与演变的非线形特性，从而跨越了从线性系统到非线性系统的历史性转变。认识到不仅要对岩体结构进行精细描述研究，而且还要追溯其原始建造、内动力改造、浅表生改造的全过程，提出了“浅生时效构造理论”。另外，从河谷发育的动力学过程出发，提出了自然河谷边坡发育的三阶段理论，即表生改造、时效变形和失稳破坏9。在理论分析滑坡稳定性影响因素方面有很多成果，如蔡永胜等在长江三峡库区巴东县黄土坡滑坡稳态分析及防滑措施中讲述为了防止长江三峡库区巴东县黄土坡整体失稳，分析了多种因素

8、对滑坡稳定性的影响，并用SARMA法对滑体稳定性进行了计算分析，考虑了滑体不同部位的岩体构成，并和有限元计算结果进行了比较10。在分析、计算、判断的基础上，得出结论：在久雨或暴雨的情况下，只有防止大气降水和人类排水渗入地下，才能预防滑体大规模失稳。并根据黄土坡的地形条件，提出若干改善滑坡体稳定性的工程措施。除了运用SARMA法，Bishop11在假设滑动面为圆弧滑动面的基础上，提出了修正的条分法，该方法可满足力矩平衡条件和垂直方向的力平衡条件，但是不满足水平方向的力平衡条件。Zienkiewicz等12首次在土工弹塑性的有限元数值分析中提出了抗剪强度折减系数的概念，并给定了强度储备安全系数，经

9、验证，在概念上其与Bishop在极限平衡中给定的稳定安全系数是一致的。张彬等在三峡库区某滑坡的稳定性分析与评价中说明结合试验资料，通过已知稳定状态的边坡反演其滑移面的抗剪强度指标，是进行边坡稳定性评价的一种重要方法13。在研究三峡库区某滑坡的工程地质条件及滑坡体基本特征的基础上，分析了诱发坡体失稳的主要因素，评价了边坡的稳定性。石豫川等在特大多期复合型滑坡稳定性评价及因素敏感性分析一文中对西南某水电站库区一特大型、多期复合型滑坡所处的工程环境条件、自身结构及物质组成特征等进行了认真调查和研究14。通过定性分析和定量评价，对滑坡整体及分期稳定性进行了综合评价。同时，根据实际情况，对滑坡稳定性影响

10、因素进行了敏感性分析。谢飞鸿等在成南高速公路滑坡稳定性分析及治理一文中对该滑坡的形成条件、影响滑坡稳定性的因素、滑动面和滑带土的性质进行分析、评价，对边坡稳定性进行了坡前和滑坡后的稳定计算和论证，充分认识工程建设和地质环境的互馈作用15。根据滑坡的环境地质特点对滑坡的治理提出支挡和排水的综合措施。范宣梅深入分析了暴雨诱发四川省宣汉县人台乡特大型滑坡的成因机理，归纳总结了降雨降低滑坡体稳定性的因素，并通过因素敏感性分析，比较了各种因素的影响程度16。许建聪在碎石土滑坡的因素敏感性计算分析一文中分析了影响碎石土滑坡各因素的敏感性，结果表明，按因素敏感度从大到小排列，主要影响碎石土滑坡稳定性的因素依

11、次为滑面岩土体内摩擦角、地形坡度、滑体饱水面积比和滑面岩土体的内聚力17。地形坡度大、具有低内摩擦角滑面的碎石土滑坡的整体稳定性较差，而连续降雨、强降雨会抬高地下水位增大滑体饱水面积比，降低滑面带岩土体抗剪强度，增加下滑力，对碎石土滑坡的稳定性将产生最不利的影响。张友谊等在陇西河滑坡成因分析及其稳定性评价一文中结合滑坡的工程地质特征及变形特征，对滑坡的成因机制进行了分析，分析表明影响滑坡稳定性主要因素为软硬相间的顺向岩层面、降雨、河水侵蚀及地下水的影响18。并对滑坡的稳定性进行了计算评价，为滑坡治理提供依据。吕国庆在影响边坡稳定性的因素分析一文中说明影响边坡稳定性的因素主要有内在因素和外部因素

12、两方面，内在因素包括组成边坡的地貌特征、岩土体的性质、地质构造、岩土体结构、岩体初始应力等19。外部因素包括水的作用、地震、岩体风化程度、工程荷载条件及人为因素。内在因素对边坡的稳定性起控制作用，外部因素起诱发破坏作用。有限元（FEM）法20是最早应用于岩土体稳定性分析，也是目前应用最广泛的数值分析方法，它充分考虑了土质边坡的非均质和不连续性，全面满足了静力许可和应力、应变之间的本构关系。Zienkiewicz等21首次在土工弹塑性的有限元数值分析中提出了抗剪强度折减系数的概念，并给定了强度储备安全系数，经验证，在概念上其与Bishop在极限平衡中给定的稳定安全系数是一致的。Wright等22

13、利用有限元法分析了沿着边坡滑动面上的正向应力，通过计算给出了局部安全系数的分布，但其无法代表整体的安全性。Jons23利用有限元方法及其试验模型，对威尔士煤田的边坡稳定性与采矿沉陷性状的相关性进行了验证分析。陈全明、任光明等24在对土质边坡进行岩体质量分级的基础上，采用有限单元法对天然与地震两种工况下的土质边坡稳定性进行了分析，并对其非线性有限元模型进行了强度折减，得出土质边坡的安全系数，为土质边坡的施工、加固提供了参考。孙树芳、车颖辉等25采用基于ABAQUS的强度折减有限元法分析了土质边坡的稳定性，以塑性区的贯通作为失稳判据，通过不停的调整折减系数确定最终的安全系数，并与极限平衡法进行了对

14、比，表明了基于强度折减理论的有限元法在分析土质边坡稳定性的可行性。康平、穆伟等26结合工程实例，采用有限元强度折减法对某公路的边坡进行了稳定性分析，说明了强度折减法在公路边坡稳定性分析的适用性，在边坡内应力反应方面，有限元法比极限平衡法具有优势，为边坡灾害的防治提供了指导。滑坡防治工程实质上是对滑坡体的工程地质进行控制、改造，进入21世纪后，我国滑坡防治工程从单纯被动支护逐渐进入到主动支护、主动与被动支护相结合的阶段。虽然预应力技术在重大滑坡的防治中占的比重越来越大，框架预应力错索、预应力锚索抗滑桩、锚杆挡墙和喷锚网等技术都得到了广泛的应用和发展，但是我国滑坡防治的主要工程措施依然是抗滑桩和挡

15、土墙。同时，滑带改良工程也正在越来越受重视27。国内的滑坡防治工程的理论基础为摩尔库仑经典理论，虽然现在我国许多学者发展和引入了许多的理论，但基本上都是对摩尔库仑经典理论的佐证和补充，并没有新的理论产生2829。迄今国内的大型滑坡防治工程基本上都是成功的，但是由于摩尔库仑经典理论不能详尽刻画滑坡体变形破坏机理等的缺点存在，因此只能保守的增加投入来保证工程的安全度和可靠度，使费用大大增加了。滑坡防治工程是地质勘察、设计和施工的有机结合体，地质勘察是主线，设计则为沟通地质勘察和施工的桥梁30。首先，要进行场地详勘，查明滑坡的形成条件、产生原因、变形破坏机理和几何边界条件，但是前期地质勘查工作不足、

16、勘查技术欠缺和判失误，是现在致使滑坡治理工程失败的主要原因。然后再通过试验法、反算法和经验法综合选择得到滑体的物理力学参数，得出评价滑坡稳定性评价，给出治理方案，选定施工图设计和监测系统的设计。不得不说的是，并行性设计已在滑坡防治工程设计中广泛应用。还有智能专家系统、动态设计和信息化施工也都在滑坡防治工程中取得了显著的经济效益。而在施工阶段之前监测系统的建立是必要的，根据治理前的初始监测数据和施工过程的监测数据来了解施工干扰对滑坡稳定性的影响，保证施工安全。但是往往由于施工季节、工序和方法的不科学造成滑坡范围扩大或急剧滑动是现在滑坡治理施工中的主要问题之一31。滑坡防治工程常常采用的措施主要有

17、3234:绕避滑坡、减重和反压工程、截、排水工程、支挡工程、滑带土改良工程或综合工程措施等几个方面。随着滑坡各项研究的发展和深入，防治工程措施也在完善已有措施的基础上向轻型化、向小型化发展35。随着高强度锚索的生产和防腐技术的解决，锚索技术自20世纪80年代以来大量应用于滑坡防治工程。由于预应力锚索从本质上改变了支挡结构物受力状态，而机械化施工对滑坡体扰动又小，所以应用前景非常广阔。其可与抗滑桩联合使用，形成预应力锚索抗滑桩，大大减小了抗滑桩的截面和锚固深度，可节省投资30；又可与框架梁使用，即形成预应力锚索框架梁来稳定滑坡36。1.3存在的问题（1）对闽西北山区公路滑坡稳定性影响因素的研究不

18、足。滑坡的产生过程是一个累积过程，而且在这个过程中是多种因素共同作用下导致的滑坡。对于滑坡产生原因的分析上，对影响因素的研究不够全面。实际工作中，有不少是在没搞清滑坡稳定性影响因素的情况下便进行了稳定性计算。（2）目前应用于边坡稳定性的分析方法多种多样，但是没有一个是完全符合实际情况下进行的稳定性分析，研究时大多是单一应用。目前的边坡稳定性分析多是集中于定量方法的使用，例如数值分析方法中的有限元（FEM）法，使用范围广，有比较精确的本构关系，但其建立模型的可靠性、适应性以及网格划分的精确性对边坡稳定的最终判断有较大的直接影响，且主要针对单因素影响进行分析，没有充分考虑各种因素对边坡稳定性的影响

19、程度，在多因素不确定分析方面存在局限性。（3）虽然滑坡治理工程技术发展较快，也取得了惊人的成绩，但因工程地质发展水平的限制及治理工程经验的不足，目前仍有许多尚待解决的问题。例如目前专门针对山区公路边坡综合防护的研究较少，缺乏系统的防护方案、措施研究和综合设计。未能针对闽西北特殊的自然、地理环境和地质条件等开展针对性的土质边坡防护研究，缺乏系统的综合防护设计，未形成地区性的针对性防护措施。2、研究内容、研究目标和拟解决的关键问题2.1 研究内容本文的主要研究内容如下：2.1.1 闽西北山区公路滑坡灾害成因的调查与分析调查闽西北山区公路滑坡的发育规律，全面收集和分析闽西北公路滑坡资料，系统分析典型

20、滑坡的变形破坏特征和成因特点、影响山区公路滑坡稳定性的主要因素、滑坡变形破坏的发生发展过程，揭示典型山区滑坡的成因机制，为滑坡防治对策的选择奠定基础。2.1.2 影响公路边坡稳定性的主要因素及其稳定性分析计算运用有限元分析方法和灰色系统理论分析典型边坡的稳定性，运用数值模拟分析软件，进行边坡变形破坏机理数值模拟研究，分析边坡的变形破坏机理；建立边坡稳定性分析模型，利用有限元强度折减法和灰色系统原理对多因素影响下的边坡稳定性进行分析和失稳预测，为边坡的综合防护设计提供依据。2.1.3 典型公路滑坡的防治对策研究了解典型滑坡的工程概况，通过稳定性的分析，根据分析结果结合各种安全、经济、适用性等因素

21、，应用优化理论对工程防护和生物防护技术进行优化组合，制定出适合闽西北滑坡灾害的最佳综合防护措施。 2.2 研究目标(1) 通过调查分析，掌握闽西北滑坡的区域性分布规律和成灾特点以及影响我省公路滑坡变形破坏的主要因素。(2) 针对一些典型的滑坡灾害，运用有限元分析方法建立边坡稳定性分析模型，结合灰色系统理论进行典型边坡的稳定性分析。(3) 通过典型滑坡稳定性分析，了解各地区滑坡的主要影响因素，并且根据各地区典型滑坡的特点，提出相应的防治方案。2.3 拟解决的关键问题(1) 根据滑坡成因的不同，合理划分滑坡类型及分布区域(2) 闽西北山区公路典型滑坡失稳研究的有限元模型建立(3) 针对不同区域典型

22、山区公路滑坡防治方案的制定3、本研究的特色和创新之处及立论依据3.1 特色和创新之处（1）目前对闽西北山区公路滑坡灾害问题虽已开展一些研究，但是这些研究都相对独立，缺少对闽西北山区公路滑坡的系统研究。本文针对闽西北各个区域进行典型滑坡的分析，通过分析比较各个地区滑坡的特点，找出其规律性，对今后工程施工具有指导意义。（2）在研究方法上，将灰色系统理论与有限元分析相结合，有效解决了有限元法只能对滑坡单一影响因素进行分析的缺点。3.2 立论依据目前我省山区公路滑坡灾害问题的研究程度仍然较低，对滑坡的发生条件和成灾规律缺乏系统的认识通过对闽西北山区公路滑坡的调查分析，研究滑坡发育规律，结合工程实例进行

23、滑坡稳定性分析，确定易滑区域，提出各类滑坡合理的防治对策，对减少滑坡灾害的发生具有重要意义。4、研究工作的预期结果或成果(1) 对闽西北山区公路滑坡灾害类型和分布区域进行合理的划分。(2) 根据典型边坡的不同特点，建立相应的边坡稳定性评价模型。(3) 建立适用于闽西北山区公路滑坡灾害的防治方案，为今后闽西北公路工程施工解决边坡稳定性问题提供一定的参考。 (4) 拟发表1篇论文。参考文献：1林鲁生，刘祖德滑坡治理的发展概况以及加固方案的选择J广东水利水电，2001(2)：3-52夏元友，朱瑞赓关于分形理论在结构岩体的应用研究J岩石力学与工程学报，1997，16(4)：362-3673郑明新，王恭

24、先，王兰生分形理论在滑坡预报中的应用研究J地质灾害与环境保护，1998，9(2)：18-264吴中如，潘卫平分形几何理论在岩土边坡稳定性分析中的应用J水利学报，1996(4)：16-205秦四清，张悼元，黄润秋非线性工程地质导引M.成都：西南交通大学出版社，1993，1-29 6哈秋林岩石边坡工程与卸荷非线性岩石(体)力学J岩石力学与工程学报，1997，16(4)：32-367Janbu，N.Earth pressure and bearing capacity calculations by generalized procedure of slicesJProceedings of the

25、 fourth international conference soil mechanics and foundation engineering，1957，23(2)：108-1118Mogenstern N.R.，Price V.E.The analysis of the stability of general slip surface.Geotechnique，Lodon，Vol.15(1)，1965.PP：79-939陈祖煌.土质边坡稳定分析原理方法程序M.北京：中国水利水电出版社，200310蔡永胜，郑建芳长江三峡库区巴东县黄土坡滑坡稳态分析及防滑措施J东南大学学报(自然科学版)

26、，2001，31(5)：53-5711 Cundall P A. Formulation of a Three-dimensional Distinct Element Modeln-Part I. A Scheme to Detect and Represent Contacts in System composed of Many Polyhedral Blocks. International Journal Rock Mechanics Sciences and Geotechnology Abstract，1988，25(3)：107-11612 Zienkiewicz O C， H

27、umpheson C and Lew is R W. Associated and Non-Associated Visco-Plas-ticity and Plasticity in Soil MechanicsJ. Geotechnique， 1975，25(4)：671-689.13张彬，王钊等三峡库区某滑坡的稳定性分析与评价J人民长江，2003，34(4)：14-1614石豫川，冯文凯，刘汉超特大多期复合型滑坡稳定性评价及因素敏感性分析J岩土力学，2011，25(6)：975-980 15谢飞鸿，王锦山，尹伯悦成南高速公路滑坡稳定性分析及治理J岩石力学与工程学报，2005，24：579

28、5-5798 16范宣梅四川宣汉天台特大滑坡的成因机理及排水工程措施研究J成都理工大学学报(自然科学版)，2006，33(5)：448-454许建聪碎石土滑坡的因素敏感性计算分析J岩土力学，2007，28(10)：2046-205117许建聪碎石土滑坡的因素敏感性计算分析J岩土力学，2013，28(10)：2046-205118张友谊陇西河滑坡成因分析及其稳定性评价J路基工程，2007(131)：144-14619吕国庆影响边坡稳定性的因素分析J建筑与工程，2008(3)：108-11220张卓元,王兰生.工程地质分析原理M.北京:地质出版社,1994.21Zienkiewicz O C, H

29、umpheson C and Lew is R W. Associated and Non-Associated Visco-Plas-ticity and Plasticity in Soil MechanicsJ. Geotechnique, 1975,25(4):671-689.22Wright, s. G, Kulhawy, F. H and Duncan, J. M, Accuracy of equilibrium slope stability analysisJ，Journal of the Soil Mechanics and Foundation Division ASCE,

30、1973,10(01).23陈祖煜,土质边坡稳定分析-原理方法程序M.北京:中国水利水电出版社,2003.24陈全明,任光明,陈海平等.土质边坡稳定性有限元数值模拟分析J.中国农村水利水电,2010,10:73-75.25孙书芳,车颖辉.ABAQUS在边坡稳定性分析中的应用J.山西建筑,2008,34(13):307-310.26康平,穆伟,汪子杰,张德明.基于强度折减法的某公路边坡稳定性数值模拟J.土工基础,2012,26(3):47-50.27成永刚近二十年来国内滑坡研究的现状及动态J地质灾害与环境保护，2003，14(4)：1-528殷跃平中国滑坡防治工程理论与实践J水文地质工程地质，1

31、998，(1)：5-929崔政权，李宁边坡工程-理论与实践最新发展M中国水利水电出版社，199930林宗元岩土工程勘察设计手册M沈阳：辽宁科学技术出版社，199631铁一院铁路工程设计技术手册M中国铁道出版社，199732王恭先滑坡防治工程措施的国内外现状J中国地质灾害与防治学报，1998，9(1)：2-1033王恭先滑坡灾害及其防治技术M交通部科技信息所培训中心，199834赵明阶，何光春，王多垠边坡工程处治技术M北京：人民交通出版，2003 35刘凯，刘小丽，苏媛媛微型抗滑桩的应用发展研究现状J岩土力学，2014，28(增)：675-67936苏美选，戴自航，林智勇预应力锚索抗滑桩支挡结构

32、体系数值模拟研究J中国地质灾害与防治学报，2008，19(3)：50-53二、拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析1、拟采取的研究实验方法、步骤、技术路线及可行性论证；1.1 研究方法（1）归纳研究法。为了明确闽西北各地区山区公路滑坡的主要影响因素，采用归纳研究法，通过收集大量的文献并进行系统的分析。（2）有限元分析法与灰色理论相结合。为了分析各地区山区公路滑坡成因机制，利用有限元软件建立滑坡模型，通过结合灰色理论对模型在多因素影响下的稳定性分析来确定滑坡的成因。（3）优化理论。在通过稳定性分析后，根据各地区滑坡特点的不同，应用优化理论对工程防护和生物防护技术进行优化组合，制定出最

33、合理的防治措施。1.2技术路线：灰色系统理论有限元分析建立山区公路边坡模型滑坡地质条件分析综合防护工程防护植物防护防治措施调查多因素影响下典型滑坡稳定性分析根据不同滑坡特征进行区域划分分析导致滑坡的主要影响因素闽西北山区公路滑坡资料收集闽西北山区公路滑坡灾害成因分析及防治策略研究建立闽西北山区滑坡防治体系1.3 实施方案及可行性分析阅读参考国内外相关文献资料，关注国内外在边坡防护的最新研究成果及发展趋势，为后续研究打下扎实的理论基础；在总结借鉴前人试验、研究的基础上，建立适合本课题的边坡模型，结合灰色系统理论进行多因素影响下的稳定性分析；边坡的稳定性研究已经历很长的发展阶段，已形成多种理论和方法并存，有限元法在边坡稳定性分析中