检索结果-南通市图书馆

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

多年冻土边坡热融滑移变形监测技术研究

多年冻土边坡热融滑移变形监测技术研究

作者：李雪洋重庆交通大学

学位级别：硕士

青藏高原地理位置特殊,气温常年较低,地质条件复杂,使得冻土分布十分广泛。近年来,随着全球气温的不断升高以及季节性温度变化的影响,青藏高原地区的多年冻土退化较为严重。经过现场对共玉高速沿线多年冻土边坡调查发现,当边坡下方冻土... 详细信息

青藏高原地理位置特殊,气温常年较低,地质条件复杂,使得冻土分布十分广泛。近年来,随着全球气温的不断升高以及季节性温度变化的影响,青藏高原地区的多年冻土退化较为严重。经过现场对共玉高速沿线多年冻土边坡调查发现,当边坡下方冻土发生退化时,由于冻土发生融化产生的水会发生渗透作用,会引起边坡发生热融滑移变形。目前,传统的边坡变形监测手段较为单一,各种监测方法获得的数据融合率低,针对多年冻土边坡热融滑移变形的监测手段还鲜有所见。因此,本文以鄂拉山隧道北坡多年冻土边坡为背景,利用无人机载激光雷达与轻量化视觉监测方法开展多年冻土边坡大区域热融滑移变形识别方法与局部热融滑移变形监测方法研究,建立一套从整体到局部的多年冻土边坡热融滑移变形监测体系,该研究对于多年冻土边坡变形监测具有一定的工程意义与应用价值。本文的主要研究内容与结果如下:(1)介绍了无人机载激光雷达与轻量化视觉监测的原理与特点,评价了两种方法在多年冻土边坡热融滑移变形监测中的不同优势,并对无人机载激光雷达的影响因素与采集精度进行了重点分析。选取多年冻土基地内一具有明显特征点的道路作为试验路段,对无人机载激光雷达单点定位精度最佳时的飞行条件进行了探索分析。通过对比激光点云数据中提取的特征点坐标与RTK获取的相应坐标,明确了当无人机在飞行高度50m与飞行速度6m/s的条件下,激光雷达的单点定位精度可达到最佳状态。经测试,在单点定位精度最佳的飞行条件下,该技术可准确识别实验路段内5cm与50cm两个不同量级的位移变形。由此可见,无人机载激光雷达技术对于大范围内的变形位移识别具有较好的适用性。(2)考虑到长期监测的目的,设计了可架设在测点的9点发光靶标,并为靶标各个靶点赋予初始坐标,基于图像处理及视觉监测原理,提出了一种基于单目相机的多年冻土边坡热融滑移变形的轻量化监测方法。通过室内试验从光线环境和监测距离范围两个影响因素对轻量化视觉监测方法的监测精度进行了探索,结果表明,在白天、黑夜以及距离被测靶标2-5m的范围内,轻量化监测方法对比全站仪获得的靶标板在各个方向位移的中误差都在毫米级别,各个条件下的监测效果都可满足《中华人民共和国工程测量规范》中土质边坡的监测精度要求。(3)选择富含多年冻土的鄂拉山隧道北坡作为实际工程,对无人机载激光雷达在实际工程中的应用效果进行了测试,通过对采集到的多期点云进行对比分析,准确识别到了该边坡发生的5处变形,由此可见,该方法在多年冻土边坡大区域变形中的识别效果较好。同样在鄂拉山隧道北坡测试了高寒高海拔复杂环境下轻量化视觉监测方法的采集精度以及长期位移监测效果,测试结果表明,轻量化监测方法获得的位移数据与全站仪获得的位移数据相比,中误差都在毫米级,而且轻量化监测方法与全站仪获得的长期随机位移数据曲线趋势基本一致。综上,本文综合运用无人机载激光雷达技术与轻量化视觉监测技术,建立了多年冻土边坡热融滑移变形监测体系。该体系利用无人机载激光雷达获取多年冻土边坡大范围三维变形数据,同时依托轻量化视觉监测方法实现年冻土边坡热融滑移变形高精度长期监测,经测试,本文建立的监测体系在多年冻土边坡热融滑移变形的长期监测中具有较好的适用性,研究成果对于多年冻土边坡监测领域具有重要意义。

关键词：多年冻土边坡热融滑移变形激光雷达视觉监测边坡监测

框架通风锚管多年冻土边坡支护结构的降温效果研究

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

岩石力学与工程学报 2019年第6期38卷 1209-1221页

作者：董建华孙国栋兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

框架通风锚管多年冻土边坡支护结构是基于“积极保护冻土”的原则提出的一种同时具备通风降温功能和锚固功能的新型多年冻土边坡支护结构,为了推动该结构在工程中的应用,现对其降温效果进行研究。首先,对通风锚管与土体之间的管壁换热... 详细信息

框架通风锚管多年冻土边坡支护结构是基于“积极保护冻土”的原则提出的一种同时具备通风降温功能和锚固功能的新型多年冻土边坡支护结构,为了推动该结构在工程中的应用,现对其降温效果进行研究。首先,对通风锚管与土体之间的管壁换热机制进行分析,得出考虑风速影响的管壁热流密度计算公式;然后建立通风锚管径向传热模型,以管壁热流密度作为锚管边界条件,通过摄动方法求解,得出径向冻结锋面扩展的降温效果评价指标;同时,基于能量守恒定律得出通风锚管轴向坡面融深变化的另一降温效果评价指标;采用自主研发的有限元程序对通风锚管的降温效果进行数值模拟,并结合理论结果进行验证分析。结果表明:管壁的热交换作用是对流换热和蒸发散热两种作用的叠加;通风锚管具备较好的降温效果,且受管壁开孔率的影响较大;给出的评价指标能够全面的评价通风锚管的降温效果;有限元结果也证实了通风锚管良好的降温效果以及评价指标的合理性。研究成果能够为结构的设计提供理论依据和指导。

关键词：边坡工程通风锚管多年冻土边坡热流密度摄动方法能量守恒定律降温效果

框架通风锚管多年冻土边坡新型支护结构的提出及通风能力初探

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

土木工程学报 2018年第12期51卷 101-110页

作者：董建华孙国栋董旭光张明礼兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

针对寒区冻土边坡失稳普遍采用被动技术治理的缺陷,基于"主动降温保护冻土"的理念,结合通风管和框架锚杆各自的优势,提出一种具有主动降温、减胀、支挡锚固功能一体化的多年冻土边坡新型支护结构,对其构造和工作原理进行了阐述;在考虑... 详细信息

针对寒区冻土边坡失稳普遍采用被动技术治理的缺陷,基于"主动降温保护冻土"的理念,结合通风管和框架锚杆各自的优势,提出一种具有主动降温、减胀、支挡锚固功能一体化的多年冻土边坡新型支护结构,对其构造和工作原理进行了阐述;在考虑风速阻力损失的情况下,根据结构自然通风的驱动力和结构风场压差的等量关系,得出结构内部的风速计算公式,进而评价通风锚管的通风能力。结合算例,采用有限元和理论计算的方法对结构通风能力及影响因素进行分析,结果表明:结构具有较好的通风能力,对保持边坡的稳定有利;风压差为结构自然通风的主要驱动力,沿程阻力损失为结构的主要风速损失;抽风弯管的设置显著提高了通风能力;结构通风的最优管径比为0.4～0.7;结构自由段长度越大,通风能力越弱。

关键词：多年冻土边坡框架通风锚管主动降温通风能力有限元计算

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

铺设保温板的多年冻土边坡水热力耦合分析

华中科技大学学报（自然科学版） 2017年第1期45卷 35-40页

作者：董旭光董建华何天虎兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050 兰州理工大学理学院甘肃兰州730050

为了给保温板防护多年冻土边坡提供设计依据,基于水热力耦合理论,建立了铺设保温板的冻土边坡多场耦合分析模型,运用有限元法进行了求解,依托Matlab软件编制了计算程序,结合实例分析了铺设不同厚度保温板的边坡温度、水分、应力及位移... 详细信息

为了给保温板防护多年冻土边坡提供设计依据,基于水热力耦合理论,建立了铺设保温板的冻土边坡多场耦合分析模型,运用有限元法进行了求解,依托Matlab软件编制了计算程序,结合实例分析了铺设不同厚度保温板的边坡温度、水分、应力及位移变化规律.结果表明:保温板的最佳施工时间为冻结期结束时,厚度为5~7cm;融化期结束时,在冻融交界面处未冻水含量和剪应力均达到最大,且剪应力呈带状分布,水平位移分布呈凸肚状,随着保温板厚度增大,坡面附近高含量未冻水土层的厚度依次减小,剪应力最大值增大,水平位移明显减小;冻结期结束时,铺设保温板边坡的水平位移分布呈倾倒状.保温板阻止边坡上限下移有积极作用,能提高边坡的稳定性.

关键词：多年冻土边坡保温板水热力耦合冻融作用数值分析

新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡降温效果及力学效应试验研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

岩土力学 2023年第11期44卷 3141-3150页

作者：董建华师利君吴晓磊王璐兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

新型框架通风锚杆是自主研发的一种冻土边坡柔性支挡结构,具有广阔的应用前景。为了探究新型框架通风锚杆的降温效果及力学效应,设计了能够加载、变角度且可同时测得温度、水分、风速及内力的多功能冻土实验箱,并搭建了新型框架通风锚... 详细信息

新型框架通风锚杆是自主研发的一种冻土边坡柔性支挡结构,具有广阔的应用前景。为了探究新型框架通风锚杆的降温效果及力学效应,设计了能够加载、变角度且可同时测得温度、水分、风速及内力的多功能冻土实验箱,并搭建了新型框架通风锚杆支护多年冻土边坡的室内试验,得到了不同时期内边坡温度、水分、风速及支挡结构内力变化规律。试验结果表明:越靠近通风锚杆,土体温度和水分变化越明显,新型通风锚杆能吸收冷量并沿轴向和径向传递和扩散,具有良好的降温效果,并保持冻土边坡的冻结状态。新型通风锚杆内风速变化规律与外界风速变化较为一致,外界风速越大,新型框架通风锚杆降温效果越明显。不同时期内,新型锚杆轴力呈抛物线型变化,冻结期轴力大于融化期,且冻结期框架内力是融化期的2~3倍。研究结果可为新型框架通风锚杆的设计和工程应用提供指导。

关键词：多年冻土边坡新型框架通风锚杆降温效果模型试验

框架免动力加速对流锚杆多年冻土边坡支护结构的提出及理论计算方法

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

土木工程学报 2021年第1期54卷 116-133页

作者：董建华包万飞兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

针对多年冻土边坡的冻融滑塌问题,结合无动力通风技术、通风管降温技术和锚固技术,提出一种新型框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构,并阐述了新型结构的工作机理。基于通风工程和传热学理论,建立免动力加速对流锚杆与土体换热的计算模... 详细信息

针对多年冻土边坡的冻融滑塌问题,结合无动力通风技术、通风管降温技术和锚固技术,提出一种新型框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构,并阐述了新型结构的工作机理。基于通风工程和传热学理论,建立免动力加速对流锚杆与土体换热的计算模型,给出免动力加速对流锚杆的热效应理论计算方法;基于Winkler弹性地基梁理论,建立框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构与土体协同工作的计算模型,提出框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构的力学效应理论计算方法。结合算例,采用提出的理论计算方法对框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构的热-力学效应进行分析,并利用自主研发的框架免动力加速对流锚杆支护多年冻土边坡的水热力耦合分析软件对提出的理论计算方法进行验证,结果表明:(1)无动力风帽极大提升了免动力加速对流锚杆的通风能力,增大了外界冷空气与边坡内部土体之间的对流换热强度,促使多年冻土边坡内冻融交界面逐年抬升;(2)框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构减弱了边坡土体的冻胀作用,能够提高多年冻土边坡的稳定性;(3)文章提出的理论计算方法具有一定的准确性和合理性,可为框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构的设计提供理论依据。

关键词：多年冻土边坡框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构 Winkler弹性地基梁模型协同工作热-力学效应

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

多年冻土边坡的水热力耦合分析及软件开发

中国地质灾害与防治学报 2020年第4期31卷 77-84页

作者：董旭光董建华何天虎代涛孙国栋宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021 兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 兰州理工大学理学院甘肃兰州730050

为了快速准确掌握多年冻土边坡的冻融反应规律,基于水热力耦合理论,依托MATLAB编制了能反应土体多场耦合机制的有限元程序,与经典试验对比吻合较好,验证了程序的可靠性。据此开发了一套可独立运行、操作简便的多年冻土边坡水热力耦合分... 详细信息

为了快速准确掌握多年冻土边坡的冻融反应规律,基于水热力耦合理论,依托MATLAB编制了能反应土体多场耦合机制的有限元程序,与经典试验对比吻合较好,验证了程序的可靠性。据此开发了一套可独立运行、操作简便的多年冻土边坡水热力耦合分析软件,介绍了软件的功能和开发过程。结合算例分析了冻融作用下冻土边坡的反应特性,结果表明:不同时刻边坡的温度、水分、应力和位移有明显差别,在坡面冻融交界面出现剪应力最大值条带,边坡水平位移在冻结完成时,沿坡面大小基本相同,融化期结束时为上小、下大,融化时边坡的水平位移、未冻水含量均比冻结时大,而剪应力最大值却小;暖季多年冻土稳定性较差,开发的软件对冻土边坡工程冻融计算有重要应用价值。

关键词：多年冻土边坡水热力耦合冻融作用软件开发数值计算

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

框架锚杆支护多年冻土边坡的稳定性计算方法

防灾减灾工程学报 2019年第1期39卷 124-131页

作者：孙国栋董旭光田文通颉永斌兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室甘肃兰州730050 天津大学水利安全与仿真国家重点实验室天津300072 宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021 中国地震局兰州地震研究所甘肃兰州730000

为了给出更符合工程实际的冻土边坡稳定性计算方法,通过考察青藏高原地区多年冻土边坡滑移实例、分析其破坏类型和影响因素,提出了高陡边坡的冻融折线型滑移面,基于热平衡理论和莫尔-库伦强度理论给出了折线型的滑移面确定方法;考虑土... 详细信息

为了给出更符合工程实际的冻土边坡稳定性计算方法,通过考察青藏高原地区多年冻土边坡滑移实例、分析其破坏类型和影响因素,提出了高陡边坡的冻融折线型滑移面,基于热平衡理论和莫尔-库伦强度理论给出了折线型的滑移面确定方法;考虑土体在冻融循环作用下抗剪强度损伤、滑移面上水的渗流作用以及气温变暖三种因素,给出了框架锚杆支护多年冻土区高陡边坡的稳定性计算方法。算例分析表明:利用直线型滑面计算的多年冻土边坡稳定性系数比折线型滑移面更小,容易造成保守设计,使用折线型滑移面更为经济;边坡开挖后10a内,冻融循环作用对稳定性的发展趋势起主导作用,10a后气温变暖发挥主要作用,渗流作用对边坡稳定性的影响较为显著,对稳定性发展趋势没有影响,但三种因素都应当在工程设计中考虑。

关键词：多年冻土边坡框架锚杆冻融循环渗流作用气温稳定性

框架免动力加速对流锚杆多年冻土边坡支护结构的工作特性研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

框架免动力加速对流锚杆多年冻土边坡支护结构的工作特性研究

作者：包万飞兰州理工大学

学位级别：硕士

随着“一带一路”战略的不断推进,多年冻土区出现了许多新开挖的边坡,开挖暴露的冻土在工程的热影响及工程间相互影响下,其物理、力学和水力性质发生显著的变化,冻土边坡的冻融滑塌问题频发。尤其在全球气候变暖的背景下,多年冻土边坡... 详细信息

随着“一带一路”战略的不断推进,多年冻土区出现了许多新开挖的边坡,开挖暴露的冻土在工程的热影响及工程间相互影响下,其物理、力学和水力性质发生显著的变化,冻土边坡的冻融滑塌问题频发。尤其在全球气候变暖的背景下,多年冻土边坡活动层逐年退化,使冻融滑塌问题更为严重,给多年冻土地区的工程设计、施工和运营带来了极大的困难。而目前边坡治理的工程措施大多采用被动的治理方法,服役性能较差,不能从根本上解决冻土边坡的冻融滑塌问题。针对多年冻土边坡的冻融滑塌问题,本文提出了一种新型框架免动力加速对流锚杆多年冻土边坡支护结构,采用理论分析和数值模拟相结合的方法对该结构的工作特性进行了研究,具体研究内容如下:(1)结合无动力通风技术、通风管降温技术和锚固技术,提出一种具有无动力通风、主动冷却、耗能减胀的框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构,详细介绍了该结构的构造、特性以及施工方法,对其设计思路和工作机理进行了探讨。(2)根据热学平衡原理,给出免动力加速对流锚杆冻结土体所需的风速;基于能量守恒定律,推导出无动力风帽的相对负压和免动力加速对流锚杆内平均风速,并给出该锚杆的进风量;根据结构风场与土体温度场的联系,给出冻土边坡内冻融交界面轴向抬升量的简化计算方法;基于Winkler弹性地基梁模型,建立出框架免动力加速对流锚杆边坡支护结构与土体协同工作的简化计算模型,根据静力平衡和变形协调条件,提出该结构的冻胀效应简化计算方法。算例结果表明:无动力风帽的抽风效应和抽风管的烟囱效应相互叠加,提升了免动力加速对流锚杆的通风能力,增强该锚杆内外空气对流,提高了空气循环流动速率;无动力风帽提高了免动力加速对流锚杆内平均风速,风速越大,冷空气与土体之间的对流换热和蒸发散热效率越强,冷空气从土体中带走的热量越多,换热作用越强,越有利于土体降温;免动力加速对流锚杆带入的冷量在边坡内逐年累积,足以抵消暖季吸收的热量,使冻土边坡内活动层的厚度逐年减小;给出的冻胀效应简化计算方法能够准确的描述该结构的锚固性能,并且该结构能够减少边坡土体冻胀效应,提高冻土边坡的稳定性。(3)基于通风原理、传热学和冻土力学,将框架、免动力加速对流锚杆与土体进行耦合,建立出考虑抽风效应的大气-结构-边坡系统水热力耦合模型;采用有限元法对冻土的水热力耦合控制方程进行离散,给出考虑新型支护结构的水热力耦合控制方程的有限元格式,依托MATLAB软件编制出分析程序;算例分析表明:免动力加速对流锚杆通过对流换热和蒸发散热的方式将坡体内热量带到外界环境中,为边坡内增加了一条散热通道,冻土边坡内融化层的深度明显减小,融化层下侧的低温区向坡内逐渐扩大,边坡土体的温度也明显降低,具有良好的通风和降温能力;在边坡内温度梯度作用下,新型支护边坡的水分迁移更明显;在冻融循环过程中,新型支护边坡的应力状态、水平位移大小随冻融循环动态变化,应力和位移变化幅度较小,改善了边坡内的应力分布,提高了边坡的稳定性。

关键词：多年冻土边坡框架免动力加速对流锚杆结构工作机理 Winkler弹性地基梁模型水热力耦合