《巖土邊坡工程》ppt課件

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1、15巖土邊坡工程巖土邊坡工程是巖土工程的重要組成部分。邊坡的工作狀況直接或間接地影響工程建筑物的穩(wěn)定和安全。維持邊坡穩(wěn)定性的方法：1借助擋土墻的自重來平衡墻后巖土體傳來的推力；2在巖土體中“釘釘子”；如錨桿，抗滑樁3改變土體的性質(zhì)；如加筋本章將介紹：錨桿、抗滑樁、擋土結(jié)構(gòu)、支護結(jié)構(gòu)和巖石邊坡工程的設(shè)計和運用2邊坡工程研究的理論基礎(chǔ)需要多種學(xué)科的相互結(jié)合、相互滲透，不僅包括工程數(shù)學(xué)、工程力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、巖土力學(xué)，還應(yīng)結(jié)合計算機仿真技術(shù)、巖土工程測試技術(shù)等手段。經(jīng)過100多年的研究和發(fā)展，從邊坡的規(guī)律性分析，到邊坡的變形破壞機制的研究，以及邊

2、坡穩(wěn)定性評價和預(yù)測預(yù)報，均取得了令人矚目的成果，已初步形成邊坡工程獨立的學(xué)科體系。這一體系應(yīng)包括四大部分：①邊坡（或滑坡）的區(qū)域分布規(guī)律性研究；②邊坡的變形破壞機制研究；③邊坡的穩(wěn)定性評價和預(yù)測預(yù)報；④邊坡工程治理。概述邊坡工程的研究現(xiàn)狀31邊坡工程中的巖體結(jié)構(gòu)控制理論巖土力學(xué)的發(fā)展為邊坡工程的研究奠定了基礎(chǔ)，特別是巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，其穩(wěn)定性取決于邊坡的各類結(jié)構(gòu)面的特征。中科院地質(zhì)所孫廣忠先生提出了“巖體結(jié)構(gòu)控制論”，并出版了專著《巖體結(jié)構(gòu)力學(xué)》，孫玉科先生等將赤平投影法和實體比例投影法應(yīng)用于邊坡工程。美國學(xué)者石根華提出了“關(guān)鍵塊體理論

3、”，主要解決被多個地質(zhì)結(jié)構(gòu)面、開挖面所切割的邊坡或硐室之穩(wěn)定性問題。南京大學(xué)羅國煜教授等提出了巖坡優(yōu)勢面控制論，認(rèn)為巖坡的變形破壞受巖坡內(nèi)的優(yōu)勢面所控制。上述理論的共同的特點是注重巖體結(jié)構(gòu)研究，各類地質(zhì)結(jié)構(gòu)面對邊坡的變形破壞起著控制作用。42邊坡工程中的分形理論分形理論是美國數(shù)學(xué)家(B.B.Mandelbort)(1973)首次提出來的，它主要是研究自然界中一些具有自相似但沒有特征長度的圖形或現(xiàn)象，其研究方法是通過確定圖形或現(xiàn)象的分維數(shù)，以揭示該現(xiàn)象或圖形的內(nèi)在本質(zhì)和規(guī)律。分形理論被廣泛地應(yīng)用于物理學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)、巖石力學(xué)等學(xué)科中，近

4、年來，邊坡工程中開始應(yīng)用分形理論進行有意義的探索。研究表明，邊坡巖體結(jié)構(gòu)常呈不規(guī)則分形狀態(tài)，可以用分維來表征，利用分維可以定量地描述斷層、層理、節(jié)理、泥化夾層等宏觀結(jié)構(gòu)面的形態(tài)特征、分布、產(chǎn)狀及粗糙度等。同樣，巖體的微觀結(jié)構(gòu)面或破壞面也呈不規(guī)則的分形狀態(tài)，這種不規(guī)則反應(yīng)了巖體破壞時的能量耗散及微觀結(jié)構(gòu)效應(yīng)，也可用分維來表示。分維數(shù)是巖體變形破壞的某一統(tǒng)計特征量，分維數(shù)可以充當(dāng)巖體變形破壞變量的角色進行巖體的強度和穩(wěn)定性演化過程的分析[13]。分形理論在邊坡工程的應(yīng)用有廣闊的前景，目前，三峽庫區(qū)、西北黃土地區(qū)及一些典型的滑坡體均有所應(yīng)用，在分

5、布規(guī)律研究、機制分析和預(yù)測預(yù)報方面取得較好成果。53邊坡工程中的3S理論在信息社會中，全球是一個開放系統(tǒng)，3S系統(tǒng)已在地學(xué)領(lǐng)域取得初步嘗試，在1996年國際巖石力學(xué)學(xué)會年會上，充分利用3S技術(shù)在巖土工程建設(shè)中的作用已引起極大注意。所謂3S系統(tǒng)是指地理信息系統(tǒng)(GIS，GeographyInformationSystem)、遙感系統(tǒng)(RS，RemoteSensingSystem)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS，GlobalPositioningSystem)。三者融為一體為邊坡工程的防治與預(yù)測預(yù)報提供了新一代觀測手段、描述語言和思維工具。集GIS

6、、GPS和RS為一體的3S系統(tǒng)，是一個完整的有機整體。例如針對三峽庫區(qū)邊坡，崔政權(quán)大師率先提出“3S工程”的概念和設(shè)想，從1997年著手建立“三峽庫區(qū)邊坡穩(wěn)態(tài)3S實時工程分析系統(tǒng)”，并給出了系統(tǒng)的框圖，何滿潮教授將該系統(tǒng)按功能分為三大部分，即3S接收處理系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)和工程分析專家系統(tǒng)。64邊坡工程中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（簡稱NN-Neuralnetwork）是指由大量簡單神經(jīng)元經(jīng)廣泛互連構(gòu)成的一種計算結(jié)構(gòu)，它是一種廣義的并行處理系統(tǒng)。人腦的認(rèn)知模式被認(rèn)為是一種并行的分布式模式，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用類似于人大腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)

7、構(gòu)來構(gòu)造模型仿真人大腦的功能，即把對信息的儲存和計算推理同時儲存在一個單元里。因此，在某種程度上神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為可以模擬生物神經(jīng)系統(tǒng)的工作過程。特別是通過抽象、簡化和模擬手段，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)部分反映了人腦的某些功能特征，且具有高度非線性、自組織、自學(xué)習(xí)、動態(tài)處理、聯(lián)想記憶、容錯性等特征。近年來，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)開始應(yīng)用于邊坡工程的穩(wěn)定性分析和評價，對于解決復(fù)雜的邊坡系統(tǒng)工程的穩(wěn)定性問題提供了一條新的途徑。75邊坡工程中的數(shù)值計算和仿真從70年代開始，數(shù)值計算被廣泛地應(yīng)用于邊坡工程，比較成熟的三大數(shù)值方法是有限單元法、邊界單元法和離散單元法。其中有限單元

8、法是通過離散化，建立近似函數(shù)把有界區(qū)域內(nèi)的無限問題簡化為有限問題，并通過求解聯(lián)立方程對工程問題進行應(yīng)力位移分析的數(shù)值模擬方法，它假定工程巖體是連續(xù)的力學(xué)介質(zhì)，并在許多的重大工程中