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《南京大学》 2017年
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岩体结构面劣化特征对边坡稳定性影响研究

吴培培  
【摘要】:本文以江苏省镇江市句容区宝华山南北通道路堑边坡为研究对象,研究其边坡岩体不同岩体结构面的劣化规律,以及结构面劣化对边坡稳定性的影响。通过现场调查发现,虽然宝华山南北通道路堑边坡在2013年已经过削坡处理,但是由于岩体碎裂、结构面发育,受卸荷作用及强降雨的影响,岩块及结构面风化速度加快,其力学性质发生了严重劣化,岩体力学强度大大下降,导致南北通道路堑边坡多处发生了落石、崩塌、滑坡等地质灾害。因此本文主要研究不同风化程度的结构面粗糙度系数JRC、壁岩强度JCS分别与强度特性的关系,结构面的劣化规律及其边坡处于临界状态时滑动体极限高度,为该路堑边坡的治理提供科学依据。(1)首先开展了以镇江市为区域背景的滑坡隐患点调查研究,对镇江市的三百多个边坡的研究资料进行收集整理。通过Google Earth将三百多个边坡的地理坐标映射到镇江市区地图上,将土坡、岩坡和岩土混合坡进行归类处理;然后对不稳定边坡和稳定性边坡进行统计,对边坡破坏模式(主要为崩塌、滑坡、落石)进行统计;最后基于镇江市的地形地貌条件、气候条件、地质构造特征、工程地质条件、人为作用等影响因素,对镇江地区发生滑坡、落石、崩塌等地质灾害的原因进行整理、分析归纳。(2)本文选取南北通道中风化层状-碎裂砂岩结构面、弱风化层状灰岩结构面进行研究,由于现场采样困难,为此选择运用Barton的JRC-JCS模型,直接在现场量测相关参数,将采用JRC-JCS模型与M-C模型相结合的方法,对所量测的相关参数进行室内数据处理。根据现场经验给出了结构面的粗糙度系数取值范围,即在0-4之间。研究分析表明砂岩结构面、灰岩结构面上的抗剪强度τ、内摩擦角φ和内聚力c均随着粗糙度系数JRC的增大而呈线性增大。若假设粗糙度系数JRC不变,随着距裸露面距离d的增大,结构面壁岩强度JCS也逐渐增大,且砂岩结构面和灰岩结构面上的抗剪强度τ、内摩擦角φ内聚力c随壁岩强度JCS的增大均呈对数增大的趋势。(3)通过统计分析,拟合得出层状-碎裂区砂岩结构面和层状区灰岩结构面抗剪强度τ、内摩擦φ、粘聚力c与距裸露面距离d的函数关系;同时拟合给出了其抗剪强度τ总劣化程度、内摩擦角φ总劣化程度和粘聚力c总劣化程度与距裸露面距离d变化的函数关系。研究表明砂岩结构面的抗剪强度τ、内摩擦角φ粘聚力c在相同距裸露面距离d时均小于灰岩结构面的τ、φ、c。随着距裸露面距离d逐渐减小,在相同距离时的砂岩结构面的抗剪强度τ总劣化程度、内摩擦角φ总劣化程度和内聚力c总劣化程度均大于灰岩结构面的各强度指标劣化程度。一般来说,砂岩较灰岩易于风化,不同岩体结构类型的结构面强度也不同,层状结构岩体中的结构面的强度大于层状—碎裂结构岩体中结构面的强度,这表明岩体的完整性、风化程度直接影响着岩体结构面的强度指标大小。结构面风化程度越高,强度性质越差,而结构面的强度又直接影响着边坡岩体的稳定性。这里对碎裂岩体——硅质页岩中的结构面进行研究,分析了强降雨前后的壁岩强度JCS变化情况,发现降雨对碎裂结构岩体性质影响很大,使其强度发生了严重劣化。(4)通过地质分析,确定边坡破坏模式,在此基础上对边坡稳定性进行了评价,主要对平面滑动边坡稳定性进行分析。假设砂岩区和灰岩区边坡岩体处于临界稳定状态,计算得出岩体边坡发生平面滑动时的滑动体极限高度Hcr。同时分析发现砂岩中结构面发生平面滑动时的极限高度小于灰岩中结构面的滑动体中的极限高度,这表明岩体在强度性质发生劣化后,砂岩区较灰岩区先发生滑动。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U416.14

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