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湖南红层地区顺层岩质高陡边坡稳定性及处治技术研究

李俊  
【摘要】: 随着我国基础设施建设步伐的加快,在山区铁路和公路建设中都遇到了大量的顺层岩质高陡边坡稳定问题。过去的工程实践经验表明,顺层岩质高陡边坡是失稳最多、危害最大的一类边坡,给工程建设和生命财产造成了重大的损失。目前,由于对顺层岩质高陡边坡的稳定性特征及工程治理设计方法尚缺乏深入系统的研究,因此,如何分析评价顺层岩质高陡边坡的稳定性,提出合理的设计方案以预防顺层滑坡的发生是摆在工程师面前的一道棘手的难题。 湖南省区域内存在着大量的晚白垩系及早第三系陆相沉积的红色、褐红色、紫红色泥质粉砂岩、泥岩等地层,工程领域将此种地层称为红层。红层由于其形成条件的独特性,具有特殊的工程性质,是典型的易滑地层,雨季经常发生数量众多的滑坡灾害。 本文以常吉高速公路红层地区顺层岩质高陡边坡的工程治理设计为背景,采用多种手段和方法,对顺层岩质高陡边坡的变形破坏机理、稳定性分析计算方法、工程处治设计及施工方法等进行了较为全面系统的分析和研究,主要研究内容如下: (1)通过对现场红层区域岩石的取样,由岩石室内试验:单轴抗压试验、巴西劈裂试验、变角度剪切试验、弱面直剪试验,得到边坡不同断面、不同岩性、不同风化程度岩样的抗压强度、弹性模量、泊松比、抗拉强度、岩样粘结力、内摩擦角以及弱面的剪切强度参数C、φ;并对这些参数进行分析研究,为进一步的力学分析提供数据基础。 (2)对影响红层地区顺层岩质高陡边坡稳定性的主要因素进行了研究总结。影响因素大体上分为地质因素、工程因素以及其它因素。应用均匀设计对影响红层地区顺层岩质高陡边坡的多因素进行了敏感性分析。均匀设计能使试验点在试验范围内均匀分布,可以大大减少试验次数,获得较好的试验效果。按敏感性分析结果的重要性排序为:结构面倾角θ、内摩擦角φ、坡高h、岩石的重度γ、粘聚力C。 (3)在广泛现场调研的基础上,对红层地区顺层岩质高陡边坡的变形破坏模式进行了研究总结。红层地区顺层岩质高陡边坡的失稳包括变形和破坏两种形式,变形表现为坡体中未出现贯通性的破坏面,包括松动和蠕动;破坏的主要方式有崩塌、滑动、倾倒、溃屈和拉裂。红层地区顺层岩质高陡边坡的失稳是个复杂的过程,失稳模式包括蠕滑—拉裂、滑移—压致拉裂、滑移—拉裂、弯曲—拉裂、塑流—拉裂和滑移—弯曲等。此外上述失稳模式可以在时间上或空间上组合,构成组合模式。 (4)湖南红层地区大多数顺层岩质边坡岩体中存在软弱结构面,通过软弱结构面对红层地区顺层岩质边坡影响的力学分析,并通过数值模拟手段对湖南红层地区顺层岩质边坡常见的破坏模式进行了研究分析,得出由于红层软岩特殊的物理力学性质,实际开挖形成的岩质顺层边坡大多是顺软弱结构面或层面滑动,其破坏形式主要体现为平面滑动破坏。通过现场调查和数值模拟研究,总结了湖南红层地区实践中遇到的四类常见的红层地区顺层岩质边坡,及其变形破坏机理。 (5)应用FLAC3D数值分析软件,对红层地区顺层岩质高陡边坡处治进行了模拟分析,通过对开挖顺层岩质边坡、抗滑桩顺层岩质边坡、加锚顺层岩质边坡以及桩锚顺层岩质边坡的应力场、位移场的分析对比,可以发现:顺层岩质边坡桩锚加固后,提高了边坡的整体稳定性,使结构的受力更趋合理,从而根本上解决了锚杆或者抗滑桩单独作用所存在的弊端。 (6)从模糊多属性决策基本理论出发,建立了边坡支护设计方案优选的评价体系;根据工程评价特点,采用AHP法和变异系数法相结合来确定评价指标的权重,构造出边坡支护设计方案优选的决策与评价模型,并将其结果同FLAC3D数值模拟程序运算的结果进行了对比,得到了一致的结果,说明该方法是成功有效的。 (7)以常吉高速公路红层地区某典型顺层岩质高陡边坡为工程背景,根据边坡的变形破坏特征及形成条件分析,本段边坡体具体表现为空间上是蠕滑—拉裂与滑移—弯曲的组合型阶梯状模式,坡前为滑移—弯曲,坡后为蠕滑—拉裂,二者组合在一起导致了边坡的复杂破坏模式,时间上是蠕滑—拉裂与滑移—弯曲最终转化为滑移—拉裂。采用桩锚联合处治技术加固后,达到了提高边坡岩体稳定性的目的。


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