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基于RS理论的岩质路堑边坡稳定性研究

包惠明

  论文针对目前高边坡稳定性研究中存在的问题,在建模、评价指标和评价方法方面展开研究,取得了一定的进展,个别方面有了新突破。论文首先从高边坡稳定性研究的内涵出发,分析了目前国内外高边坡稳定性研究现状,重点阐述现有边坡稳定性研究中的建模方法、评价指标的确定方法以及稳定性评价方法,并分析了这些方法存在的不足之处,指出目前高边坡稳定性研究中普遍存在模型建立难定量化、评价指标欠工程化和评价方法欠智能化。在此基础上,探讨了高边坡稳定性研究的发展趋势,指出高边坡稳定性研究正在向研究数据信息化和数字化、研究领域社会化、评价指标地质与工程一体化、评价方法智能化和复合化等方面发展。从模型的内涵和边坡工程的实际出发,根据目前边坡中模型的研究和应用现状,提出了边坡地质工程模型,并论述了边坡地质工程模型的含义、内容以及建模方法,指出边坡地质工程模型是边坡工程条件和工程地质条件一体化的产物,两者相辅相成、互馈作用,工程条件在边坡地质工程模型中有着重要的地位与作用,边坡的稳定性取决于这两个因素的耦合作用程度,耦合程度越高,边坡越稳定,反之越不稳定。此外,探讨了边坡岩体结构的分维特征,提出了基于分维理论的路堑岩质边坡的7种地质工程模型,并分别阐述了各自特征,为边坡模型研究提出了新思维以及量化提供了新途径。应用RS(Rough Set或粗糙集)理论,对边坡地质工程模型进行量化判别,阐述了RS边坡地质工程模型的建模方法及实现步骤,提出了边坡变形破坏模式的识别网络,进行了实例分析,结果表明该方法具有速度快、精度高、实用性强和量化功能强等优点,为边坡量化建模提供了新的思路。从地质与工程耦合作用出发,分析了地质因素和工程条件对高边坡稳定性的影响,指出结构面、岩性以及坡角和坡高是边坡稳定性的重要影响因素,在边坡角一定的前提下台阶状边坡的台阶高宽比对边坡稳定性影响山十分明显,一般以每级台阶的高度不超过总坡高的1/3,高宽比在1:0.2~0.3之间为最佳设计。此外,还提出了综合损伤度,建立了边坡综合损伤度的函数表达式,并探讨了利用综合损伤度评价边坡的稳定性以及进行边坡治理的基本思路,在此基础上提出了地质条件与工程条件共同作用的7个岩质高边坡稳定性评价指标。论文还探讨了RS理论在边坡稳定性评价中的应用,建立了基于RS的边坡稳定性预测模型,并进行了实例预测,结果表明该方法在边坡稳定性预测方面同样有速度快、精度高、可操作性强等优点,但也存在难完全量化的不足。针对RS理论的不足,本文还探讨了基于RS的边坡稳定性完全量化的预测方法,利用Rs理论与其七不确定性理论互补性强的优势,讨论了Rs理论与神经网络(ANN)理论结合的方法,建立边坡稳定性预测的RS一ANN模型,并进行了案例分析和检验,结果表明该模型具有精度高、速度快、完全量化、实用性强等特点,是它们各自理论所不具有的,这不仅解决了RS理论不能进行定量评价的不足,同时也解决了ANN理论不易收敛的缺陷,为高边坡稳定性评价探讨了智能化和综合系统化的新路,本文还分析了RS理论在边坡稳定性研究中应用的前景。论文最后讨论了有待进一步研究的问题及其思路。……