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《长沙理工大学》 2011年
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公路膨胀土路堑边坡的破坏特征及勘察技术研究

刘龙武  
【摘要】:调研表明路堑边坡滑坡破坏是我国膨胀土地区公路修筑目前面临主要工程问题,本文选取宁明盆地残积型膨胀土作为研究对象,重点研究了路堑边坡胀縮活动带的变形活动特性及滑坡破坏规律。 (1)边坡表层的干湿循环影响区其土体含水量常低于塑限,此时蒙脱石以晶格胀缩为主,造成干湿循环影响区土体的严重胀缩变形。对残积型膨胀土的土质微观分析表明,干湿循环影响区土体的蒙脱石矿物含量、比表面积大小、ESP值等呈现随风化深度加大而衰减的总体变化规律,使其具有较高含水量、孔隙比及较低的干密度特征,加之独特的宏微观统一定向组构特征,使得边坡变形及滑坡破坏受到浅层的风化带界面、层理等地质结构面的控制。 (2)通过对路堑边坡中层理状、节理状胀缩结构面形态要素的统计测量分析及对滑坡面与自然坡面优势坡角赤平投影统计结果的对比分析,基于结构面控制理论建立了残积型膨胀土胀缩活动带的双层活动模型。该模型突破了传统的均匀风化带理论,首次提出了该类边坡存在上部土层和下部风化岩层两个活动带、上部带受A层和B层土分界面控制、下部带受土岩界面及(强、弱)风化带界面控制、下限受上层滞水底界面控制的新认识。 (3)对开挖边坡坡体侧向变形近一年的跟踪观测,首次非常清晰的观察到了膨胀土边坡侧向变形为一个从“逐渐增大—突变—回缩或暂时稳定”的随季节性气候而演化的过程。突变是在整个雨季边坡累积变形的基础上由一次持续的强降雨过程诱发的。经两次滑坡调查统计建立了台阶式滑坡破坏模式,结合边坡变形观测资料、温度、含水量资料分析及滑坡体与胀缩结构面形态要素的类比分析,建立了残积型膨胀土开挖边坡的双层滑动破坏模型。该模型首次提出并以观测结果验证了残积型膨胀土滑坡破坏受双层胀缩活动控制并具有浅层、渐进、双层滑动和逐次发展的演化规律。这一新认识为解决在广西南宁、百色、宁明、上思等地长期存在的残积型膨胀土路堑边坡滑坡破坏难题及开展柔性支护结构新方法的研究提供了必不可少的地质理论。 (4)首次通过在浅井中埋入位移传感器对宁明湖相泥岩残积型膨胀土开挖坡表1.0m范围内不同深度土层的相对胀缩变形进行了精确监测,并运用本文提出的时间效应统计分析方法得到了残积型膨胀土开挖斜坡两个不同新生胀縮活动带的深度(即上部土层2.34m,下部风化岩层1.21m)和建立了双层活动带的时效模型。该模型与结构面统计得到的双层活动模型互相印证,直接揭示了有效深度低于1米的边坡传统防护结构在膨胀土路堑边坡防护中失效的原因,并为同类膨胀土路堑边坡的防护设计提供了可靠的宝贵参数。 (5)用吸力法计算得到的土层及岩层活动带深度(2.12m、1.21m)分别与浅井位移计法观测得到的开挖路堑边坡土层及岩层新生活动带深度对应,印证了双层活动带时效模型的科学性,也说明吸力法得到的就是干湿循环显著影响区深度,是边坡表层土体对短期气候干湿循环作用的响应。浅井位移计法为活动带深度观测提供了一种新的实用方法。 (6)本文提出的干湿循环显著影响区深度快速勘测新方法,其测试结果具有可重复再现性,并与由湿度系数法、胀缩结构面地质标志法所得结果接近,同时得到了跟踪观测结果的验证,因此,是一种科学方法。由于其比现有方法具有快速、可靠、经济、简便等优点,因而具有极大的推广应用前景。用该法测试结果进行边坡的加固设计将更为经济。
【学位授予单位】:长沙理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U416.167

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