基本信息
- 项目名称：
- 山区开挖对自然坡稳定性及环境影响分析
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文借助于随机介质理论，给出理论模型并就地下工程开挖对自然坡稳定性及环境影响问题开展研究。根据所建立的理论模型，利用Matlab软件进行了基本计算分析，预计结果符合工程实际。表明随机介质理论完全适用于预测分析地下开挖引起的地表移动及其对环境影响问题。本文提出的分析方法可供类似工程分析参考。
- 详细介绍：
- 随着国家经济建设的不断发展，山区复杂地形条件下工程开挖（如隧道施工、地下采矿等）不断增多，从而在客观上对山区自然坡稳定性产生一定影响，在一定程度上影响生态坏境。在人类工程活动的作用下，自然坡变形破坏（如滑坡、崩塌等）引起的地质灾害时有发生。这些灾害往往会造成巨大的人员伤亡和财产损失。而对这一工程实际问题，如何在保护环境的同时实施工程开挖，这是土木工程领域面临的重要问题。因此，山区开挖对自然坡稳定性及环境影响问题己引起本领域科研和工程技术人员的广泛关注。 本文借助于随机介质理论，给出理论模型并就地下工程开挖对自然坡稳定性及环境影响问题开展研究。根据所建立的理论模型，利用Matlab软件进行了基本计算分析，预计结果符合工程实际。表明随机介质理论完全适用于预测分析地下开挖引起的地表移动及其对环境影响问题。本文提出的分析方法可供类似工程分析参考。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 山区大断面隧道开挖活动引起的岩体变形破坏预测方法及其对环境影响问题，已引起本领域许多学者及工程技术人员的广泛重视。针对这一技术问题，拟开发出隧道开挖岩体移动变形预测分析方法，并应用于工程实际。本课题是岩土力学、隧道工程、工程地质交叉学科领域的综合性研究课题。因此，开展本研究工作具有理论意义和工程实用价值。
科学性、先进性及独特之处
- 由于山区大跨度隧道、地下开采等地下工程开挖对自然坡稳定性及环境影响研究较少，国内外尚无成熟的分析方法。本文根据随机介质理论，建立山区工程开挖岩体移动变形分析数学模型；依此分析研究山区地下工程开挖对自然坡稳定性及环境影响，并将理论结果应用于工程实际；使得理论预计结果符合工程实际。本文的独特之处就是利用随机介质理论建立数学模型，用于分析山区大跨度隧道开挖引起的岩体移动变形及其对自然坡稳定性及环境影响。
应用价值和现实意义
- 首先，通过本研究工作，增强本科生创新意识，培养科学研究能力，最终具有运用所学知识解决工程实际问题的能力。 其次，研究所获成果具有工程实际应用价值，所给出的数学模型及分析方法可用于公路、铁路大断面隧道等施工引起的岩体变形破坏预测及其对环境影响评价。
学术论文摘要
- 本文根据随机介质理论，建立山区工程开挖岩体移动变形分析数学模型；依此分析研究山区地下工程开挖对自然坡稳定性及环境影响。研究中针对河北省境内保阜高速公路韩家庄隧道开挖引起的岩体移动变形及其对山体稳定性影响进行了具体计算分析，同时对宜昌磷矿山区开采山体稳定性进行了预测分析，理论分析结果表明，采用本文提出的分析方法所预计结果符合工程实际。
获奖情况
- 本论文中的部分内容，2011年3月发表于全国中文核心期刊《化工矿物与加工》上。题目是：“山区开挖对自然坡稳定性及环境影响分析”。
鉴定结果
- 本研究论文属于本领域新的研究成果。
参考文献
- [1] YANG J S,LIU B C,WANG M C. Modeling of tunneling-induced ground surface movements using stochastic medium theory. Tunnelling and Underground Space Technology, 2004, Vol.19, No.2: pp.113–123. [2] HSIAO F Y,WANG C L,CHERN J C. Numerical simulation of rock deformation for support design in tunnel intersection area. Tunnelling and Underground Space Technology,2009,Vol. 24No.1;pp.14–21. [3] KWON S,LEE C S,CHO S J,et al. An investigation of the excavation damaged zone at the KAERI underground research tunnel. Tunnelling and Underground Space Technology,2009,Vol. 24 No.1: pp.1–13. [4] LI W X. Fuzzy probability analysis for displacement of rock mass. Science Sinica,1987,Vol.30, No.10: pp.1109–1118. [5] 李文秀，赵胜涛. 城市地下隧道开挖引起地表移动变形分析. 河北大学学报(自然科学版)2006，第26卷第3期：第246-248页. [6] 刘宝琛，廖国华. 煤矿地表移动的基本规律. 北京：中国工业出版社，1965. [7] 罗文强，黄润秋，张卓元.斜坡稳定性概率分析的理论与应用.中国地质大学出版社，2003. [8] 刘宝琛，张家生.近地表开挖引起的地表沉降的随机介质方法.岩石力学与工程学报,1995,第14卷第4期：第289-296页.
同类课题研究水平概述
- 迄今为止，国内外针对山区大跨度隧道、地下开采等地下工程开挖岩体移动及其对自然坡稳定性影响问题的研究，所采用的理论研究方法可概括为：（1）随机介质理论方法。该方法由波兰Litwiniszyn所建立，在欧洲国家应用较多。这一理论分析方法在国内也获得了广泛应用。（2）影响函数法。以Gauss函数为主要分布函数形式，是比较经典的分析方法。（3）数值计算和仿真及其相互耦合。随着数值计算分析和仿真方法的不断发展，出现了不同数值方法的相互耦合，如有限元、边界元、离散元等的相互耦合等。（4）人工神经网络及Fuzzy分析方法。近年来，人工神经网络、Fuzzy方法开始应用于岩土体变形研究。1996年Basheer 和Najjar等人将人工神经网络理论应用于研究环境岩土工程问题；1998年以来，国内部分学者将Fuzzy数学理论和人工神经网络中的Back Propagation 网络算法用于研究地下工程开挖引起的岩（土）体移动变形预测问题。 近年来，针对地下工程开挖引起岩土体移动问题，我国学者开展了大量的研究。在工程应用过程中，大部分的预测分析方法仍然采取经验方法确定岩体的变形极限值，如许多工程中规定水平拉伸变形在6 mm /m -12 mm /m之间作为宏观破坏的极限变形值。但对于不同的岩体，极限变形值显然是不同的。另外，根据工程实测资料和模拟分析，能否在设计中考虑使自然坡变形保持在某一极限变形值之内，这一问题也没能解决，而这些问题却都是地下工程开挖影响分析中需要解决的关键问题。在岩土工程学科领域内，地下工程开挖引起岩土移动及其对自然坡稳定性影响预测分析问题，已成为国际土木建筑工程和岩土工程学科领域的一个研究热点；由于这一研究紧密结合土木建筑工程实际，因此这一研究课题也是本学科领域发展和重点研究方向之一。 关于山区大跨度隧道、地下开采等地下工程开挖对自然坡稳定性及环境影响研究问题，国内外公开发表的研究成果很少，分析方法尚不太成熟。但已有部分随机介质理论在岩土移动变形研究中的应用，目前在煤矿开采地表下沉预测中有不少人应用随机介质理论进行了深入的研究，取得了许多有价值的研究成果。但是，利用随机介质理论研究山区工程开挖岩体移动变形及其对自然坡稳定性和环境影响问题，这方面的研究很少、研究方法不成熟，本文针对这一领域展开了较为深入的研究，提出的分析方法可供类似工程分析参考。
