基于粗糙集理论和数值模拟对高陡岩质边坡锚杆—土工网垫喷播植草生态护坡结构稳定性研究

摘要

本文从生态护坡的岩土工程学视角出发，围绕岩质高陡边坡的本质特征，应用FLAC3D数值模拟和粗糙集理论，对锚杆—土工网垫喷播植草生态护坡结构稳定性进行了较为深入的研究。具体完成以下工作:
　　 分析了国内外生态护坡技术的现状，介绍了国内外高陡岩质边坡稳定性和粗糙集理论的应用现状和进展，阐述了论文的课题来源、研究内容及技术路线;从高陡岩质边坡的破坏形式入手，分析了影响边坡稳定的几大因素及此项生态护坡技术的作用机理，并且综述了国内外评价边坡稳定性的方法;研究了FLAC3D在高陡岩质边坡结构稳定性的应用，即用确定性的方法研究锚杆—土工网垫喷播植草生态结构的稳定性，用FLAC3D分别模拟未支护、锚杆支护、生态支护三种模式，分析了生态护坡的优势，并用该软件分别模拟不同的高度、岩石结构的内摩擦角、粘聚力、植被的根系间距、根系长度、复合加筋层厚度、锚杆间距等因素变化时对边坡整体稳定性的影响;阐述了生态护坡在实际应用中各因素的不确定性和随机性，采用一种不确定性的计算方法—粗糙集，应用该计算方法可以客观的、准确的评价生态边坡结构的稳定性;用FLAC3D软件对数据进行计算，得到稳定安全系数，形成数据库，使用Matlab软件对数据库进行了离散化处理形成决策表，分别应用基于知识粒度和属性重要度的两种方法计算各种影响因素的权重。
　　 通过研究本文得到以下结论:
　　 (1)锚杆—土工网垫喷播植草生态护坡技术相对于同等条件下的无支护、锚杆支护（植被未生长）的边坡稳定性有了很大的提高，在边坡35m、45m、55m的高度下应用该技术加固边坡，其稳定性安全系数均满足规范要求。
　　 (2)从计算结果得出:随着高度的增加或复合加筋层厚度的增大，安全系数逐渐减小，边坡整体稳定性降低;随着岩石结构的内摩擦角和粘聚力的增大，边坡整体稳定性逐渐提高，且增长幅度较大，但是它们相对应的边坡滑裂面的变化情况恰恰相反;岩石锚杆间距的变化直接影响边坡的稳定性，并非锚杆间距越小其锚固能力越好，应该控制锚杆间的最大间距，以确保锚杆发挥其销钉作用、悬吊作用及挤压边坡岩体强度强化的作用。
　　 (3)通过粗糙集理论综合权重计算显示，6大因素影响边坡稳定的程度由高到低为:岩石的粘聚力、边坡的角度、内摩擦角、加筋层厚度、边坡的高度、植被根系长度。
　　 (4)通过粗糙集理论计算发现加筋层的厚度对于高陡岩质边坡锚杆—土工网垫喷播植草生态护坡结构的稳定也很重要，丰厚的土壤可以给植被根系的生长提供充足的养分。植被的生长需要土壤，如果岩质边坡的覆土较少不但不会为植物提供生长所需的养分，还会因不良的天气状况发生土壤及有机质的流失，但是加筋层越厚越会对边坡整体稳定性造成不良影响。可见，合理设计喷播客土厚度是该锚杆—土工网垫喷播植草生态护坡技术的又一重点要素。
　　 (5)通过粗糙集理论计算可以发现，植被根系对生态边坡的稳定性影响程度最低，植被根系大量生长，它们都盘结在边坡的表面，在岩石中的嵌入深度不够长。可见，植被的生长对浅层稳定影响程度比较大，但是对整体稳定性影响不大。因此，应用此项生态护坡技术，选择植被时只需要考虑是否适合在当地生长以及是否可以满足绿化的目的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外高陡岩质边坡的研究进展

1．2．1 生态护坡的研究进展

1．2．2 极限平衡法的研究进展

1．2．3 数值分析法的研究进展

1．2．4 我国边坡稳定性计算方法的选择

1．3 粗糙集理论的研究进展

1．4 本文的研究内容及创新点

1．4．1 研究内容

1．4．2 创新点

1．5 研究技术路线

第2章 岩质高陡边坡稳定性研究

2．1 青岛高陡岩质边坡的破坏形式

2．2 青岛高陡岩质边坡稳定性影响因素

2．2．1 影响青岛高陡岩质边坡稳定性的内部因素

2．2．2 影响青岛高陡岩质边坡稳定性的外部因素

2．3 锚杆-土工网垫喷播植草生态护坡结构的作用机理

2．4 边坡稳定分析方法

2．4．1 边坡稳定确定性分析方法

2．4．2 边坡稳定不确定性分析方法

2．5 本章小结

第3章 生态边坡稳定性数值分析

3．1 FLAC3D软件岩土工程生态边坡中的应用

3．1．1 FLAC3D概述及特点

3．1．2 FLAC解析程序的优点

3．1．3 FLAC3D计算分析的一般步骤

3．2 强度折减法及边坡失稳判断

3．2．1 有限元强度折减法

3．2．2 破坏标准的判断

3．3 数值模拟及其计算分析

3．3．1 边坡高度的影响

3．3．2 植物根茎间距的影响

3．3．3 植被根长的影响

3．3．4 岩体参数的影响

3．3．5 加筋层厚度的影响

3．3．6 锚杆间距的影响

第4章 粗糙集理论及计算方法

4．1 粗糙集理论及其优点

4．2 粗糙集的定义

4．3 信息系统

4．4 上近似、下近似

4．5 不可分辨关系

4．6 知识约简

4．7 基于属性重要度的权重求解方法

4．8 基于知识粒度和属性重要度的权重求解方法

4．9 计算步骤

4．10 本章小结

第5章 粗糙集理论在高陡岩质生态边坡中的应用

5．1 数据库的建立

5．2 数据的离散化

5．2．1 属性的数据类型

5．2．2 数据离散化

5．2．3 条件属性的约简

5．3 基于知识粒度的权重求解

5．4 基于属性重要度权重求解

5．5 综合权重

5．6 本章小结

第6章 研究结论及展望

6．1 本文的研究结论

6．2 存在问题及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文

致谢