基于突变理论的黄土崩塌研究

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目前对黄土崩塌的研究主要集中于以下几个方面:(1)研究黄土崩塌的分布、分类、破坏模式、影响因素、防治措施;(2)对黄土崩塌的形成机制、运动状态进行研究;(3)分析黄土崩塌的稳定性;(4)应用有限元或离散元对黄土崩塌进行数值模拟研究。尽管这些成果对黄土崩塌的研究做出了不少贡献,但是在黄土崩塌的发生过程、形成机理与稳定性判断方面仍有很多不足。为了对黄土崩塌做出更加系统的研究,论文在总结前人研究成果的基础上,分析了黄土崩塌的影响因素及分类;并结合有限单元法,对黄土崩塌的形成过程进行了数值模拟;另外以拉裂—滑移式黄土崩塌为例,分别使用刚体极限平衡法、突变理论、突变级数法分析了黄土崩塌的稳定性,为其它类型黄土崩塌的稳定性研究提供了新思路,主要研究成果有:(1)对黄土崩塌的影响因素及分类做了更为全面的阐释,认为内部因素中的垂直节理发育、外部因素中水的作用和人类工程活动是主要影响因素;黄土崩塌的分类方法中,按崩塌的破坏模式进行分类是最为科学合理的方法。(2)通过研究黄土边坡发生崩塌失稳的过程,将黄土崩塌的形成分为七个阶段,并分析了裂缝所处位置和边坡土体含水率对黄土崩塌的影响;根据边坡应力应变的分析结果,揭示了黄土边坡在自重和水作用下发生崩塌失稳的形成机制。(3)采用极限平衡法得到了崩塌体的最小安全系数计算公式;利用尖点突变理论得到了边坡发生崩塌失稳的条件,结果表明土体含水率对崩塌体稳定性具有极为重要的影响。(4)由于利用突变理论分析崩塌体稳定性的模型较为复杂,且实际应用困难,因此论文基于突变级数法提出了拉裂—滑移式黄土崩塌的稳定性判据,与极限平衡法的评判原则进行对比分析后,发现评判结果基本一致,这说明作为一种新的评价方法,突变级数法使用简单而又不失科学性,在黄土崩塌的稳定性分析中具有实际应用价值。此次研究丰富了现有的黄土崩塌研究成果,为分析黄土边坡的崩塌失稳灾害提供了新的理论支撑,在保障黄土地区人民的生命财产安全以及黄土边坡工程的设计建设方面具有积极作用。
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