岩土工程课件5岩土边坡工程(1)讲解学习.ppt

5岩土边坡工程岩土边坡工程是岩土工程的重要组成部分。边坡的工作状况直接或间接地影响工程建筑物的稳定和安全。维持边坡稳定性的方法:1借助挡土墙的自重来平衡墙后岩土体传来的推力;2在岩土体中“钉钉子”;如锚杆,抗滑桩3改变土体的性质;如加筋本章将介绍:锚杆、抗滑桩、挡土结构、支护结构和岩石边坡工程的设计和运用1边坡工程研究的理论基础需要多种学科的相互结合、相互渗透,不仅包括工程数学、工程力学、工程地质学、岩土力学,还应结合计算机仿真技术、岩土工程测试技术等手段。经过100多年的研究和发展,从边坡的规律性分析,到边坡的变形破坏机制的研究,以及边坡稳定性评价和预测预报,均取得了令人瞩目的成果,已初步形成边坡工程独立的学科体系。这一体系应包括四大部分:①边坡(或滑坡)的区域分布规律性研究;②边坡的变形破坏机制研究;③边坡的稳定性评价和预测预报;④边坡工程治理。概述边坡工程的研究现状21边坡工程中的岩体结构控制理论岩土力学的发展为边坡工程的研究奠定了基础,特别是岩质边坡结构十分复杂,其稳定性取决于边坡的各类结构面的特征。中科院地质所孙广忠先生提出了“岩体结构控制论”,并出版了专著《岩体结构力学》,孙玉科先生等将赤平投影法和实体比例投影法应用于边坡工程。美国学者石根华提出了“关键块体理论”,主要解决被多个地质结构面、开挖面所切割的边坡或硐室之稳定性问题。南京大学罗国煜教授等提出了岩坡优势面控制论,认为岩坡的变形破坏受岩坡内的优势面所控制。上述理论的共同的特点是注重岩体结构研究,各类地质结构面对边坡的变形破坏起着控制作用。32边坡工程中的分形理论分形理论是美国数学家()(1973)首次提出来的,它主要是研究自然界中一些具有自相似但没有特征长度的图形或现象,其研究方法是通过确定图形或现象的分维数,以揭示该现象或图形的内在本质和规律。分形理论被广泛地应用于物理学、生物学、材料科学、岩石力学等学科中,近年来,边坡工程中开始应用分形理论进行有意义的探索。研究表明,边坡岩体结构常呈不规则分形状态,可以用分维来表征,利用分维可以定量地描述断层、层理、节理、泥化夹层等宏观结构面的形态特征、分布、产状及粗糙度等。同样,岩体的微观结构面或破坏面也呈不规则的分形状态,这种不规则反应了岩体破坏时的能量耗散及微观结构效应,也可用分维来表示。分维数是岩体变形破坏的某一统计特征量,分维数可以充当岩体变形破坏变量的角色进行岩体的强度和稳定性演化过程的分析[13]。分形理论在边坡工程的应用有广阔的前景,目前,三峡库区、西北黄土地区及一些典型的滑坡体均有所应用,在分布规律研究、机制分析和预测预报方面取得较好成果。44边坡工程中的人工神经网络方法人工神经网络(简称NN-work)是指由大量简单神经元经广泛互连构成的一种计算结构,它是一种广义的并行处理系统。人脑的认知模式被认为是一种并行的分布式模式,神经网络采用类似于人大脑的神经网络的体系结构来构造模型仿真人大脑的功能,即把对信息的储存和计算推理同时储存在一个单元里。因此,在某种程度上神经网络被认为可以模拟生物神经系统的工作过程。特别是通过抽象、简化和模拟手段,神经网络部分反映了人脑的某些功能特征,且具有高度非线性、自组织、自学忆、容错性等特征。近年来,人工神经网络开始应用于边坡工程的稳定性分析和评价,对于解决复杂的边坡系统工程的稳定性问题提供了一条新的途径。65边坡工程中的数值计算和仿真从70年代开始,数值计算被广泛地应用于边坡工程,比较成熟的三大数值方法是有限单元法、边界单元法和离散单元法。其中有限单元法是通过离散化,建立近似函数把有界区域内的无限问题简化为有限问题,并通过求解联立方程对工程问题进行应力位移分析的数值模拟方法,它假定工程岩体是连续的力学介质,并在许多的重大工程中得到应用。边界单元法是采用在区域内部满足控制条件但不满足边界条件的近似函数逼近原问题解的数值方法,它与有限单元法相比,具有方程个数少,所需数据量小等特点。由于岩坡的地质构造复杂,一些边坡呈碎裂结构和层状碎裂结构,构成非连续性力学介质,利用有限单元法和边界单元法求解遇到了困难,取而代之的是离散单元法,一些学者称其为散体元法。离散单元法由Cundall于1971年提出,该方法充分考虑了节理岩体的非连续性,以分离的块体为出发点,将岩块假定为刚体的移动或转动,并允许块体有较大的位移,甚至脱离母体而自由下落,特别适用于节理化岩体或碎裂结构的岩质边坡。由于其原理明了,并且容易结合CAD技术仿真边坡变形破坏的演变过程,因此倍受人们的青睐。76边坡工程中的可靠性分析理论可靠性分析最早主要应用于宇航、电子工业界,之后逐渐推广到机械工程,可靠性分析方法从70年代开始应用于边坡工程领域,它基于对边坡岩体性质、荷载、工程地质条件