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《西南交通大学》 2004年
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路堑高边坡开挖变形理论及控制措施研究

宋从军  
【摘要】:本文以京珠高速公路粤境北段(小塘至甘塘段)路堑高边坡工程为依托,从坡体结构入手,提出了建立坡体结构的方法,并通过对依托工程中大量路堑高边坡的地质情况和坡体结构调查和总结,从中选择了具有代表意义的4类(厚层砂岩节理倾向临空面、煤系地层断层破碎带、红土地层顺坡坡体及残坡积层)路堑高边坡作为研究对象,建立了相应的坡体结构模型,并以此为基础进行了路堑高边坡开挖变形理论及控制措施研究,通过理论研究、数值分析、地质力学模型试验和对现场测试结果的分析,取得了如下主要结论和成果: 1、通过对京珠高速公路粤境北段144处路堑高边坡的大量地质调查,在此基础上总结出各坡体的主要地质特征和影响开挖失稳的主要控制因素,并进行了分类研究。提出了坡体结构的概念,给出了建立坡体结构的方法,以及按坡体结构建立坡体地质力学模型进行开挖稳定性的分析方法。在此基础上提出了考虑坡体结构和开挖施工工艺的稳定性分析方法,为地质条件复杂多变的山区高速公路建设提供了高边坡稳定性分析的一种新方法和正确的研究思路。 2、从分析坡体开挖卸荷作用产生的应力场与位移场出发,给出了坡体的开挖影响范围,指出在坡体开挖影响范围内,不同的稳定系数对应不同的松动区;搜索一定稳定系数下开挖坡体潜在滑面,实际上是判断该稳定系数下坡体开挖松动区。提出了均质边坡开挖松动区可以用弹性理论中的楔形体理论进行分析,应用平面应变问题基本理论解析了坡体分步开挖过程中的松动区范围,给出了分析步骤,并进行了算例分析。 3、研究了确定路堑高边坡开挖松动区范围的数值分析方法,通过工程实例阐述采用应力分析法和位移分析法搜索确定开挖松动区范围的过程,并给出所选4类坡体结构代表性工点的数值分析结果。 4、通过地质力学模型试验研究了K98工点路堑高边坡开挖松动区范围,经比较,由试验结果得出的开挖坡体的变形规律与相应的理论和数值分析结果基本吻合,从而验证了采用本文方法确定路堑高边坡开挖松动区范围的理论和数值方法具有合理性和实用性。 5、总结出控制开挖变形的综合施工技术(包括制定合理的施工方案和施工原则、施工方法的优化、信息施工技术、预加固工程技术等),并列举了信息施工技术成功应用在依托工程中的实例。 6、整理分析了现场试验工点中多个路堑高边坡开挖施工现场测试获取的大 第n页西南交通大学博士研究生学位论文 量实测数据,包括锚索受力、桩身主筋应力、桩背应力、深孔测斜和位移观测 等现场测试数据。分析结果表明,现场测试作为信息施工技术的重要组成部分, 不仅能及时评价边坡的稳定性,对加固效果进行验证,还能将测试所取得的成 果及时反馈给设计和施工,以便修改完善设计和及时指导施工。 7、提出了确定抗滑桩的合理间距的计算方法。该方法从抛物线形土拱效应 分析出发,综合考虑土拱强度条件(包括土拱跨中及拱脚处截面的强度条件) 和桩间静力平衡条件。该方法已应用于依托工程具体工点的实例,可以较好地 考虑若干最不利状况的组合,计算结果与工程实际情况比较符合。 8、提出了预应力锚索地梁(包括单片型和框架型)的内力分析方法,指出 地梁内力应该区分锚索张拉阶段与锚索工作阶段分别进行计算,取二者的最不 利组合作为地梁设计的依据,并通过工程实例较详细地说明了单片型和框架型 地梁的计算过程。 在张拉阶段,对于单片型地梁,可采用温克尔假定计算破碎软弱岩体上的 地梁内力,可按弹性半无限体地基计算有较好弹性性质地层.的地梁内力;对于 框架型地梁,计算时宜拆成单片梁的形式分别计算,可按温克尔地基模型计算 各单片梁的内力。 在工作阶段,单片型和框架型地梁均可按照受分布力作用下倒置于坡面上 的连续梁来计算地梁内力。 9、分析了路堑高边坡中最下一级坡通常采用的悬臂式抗滑桩结构的一些弊 端,提出可在桩前适当地保留部分岩土体而形成埋入式抗滑桩结构,以改善桩 身受力状况。对比分析了埋入式抗滑桩与悬臂式抗滑桩的优缺点,阐明埋入式 抗滑桩应用的经济合理性,并以工程实例进行具体比较和说明。 本文的主要研究成果在京珠高速公路粤境北段路堑高边坡工程中得到了充 分的应用,及时地指导了设计和施工,确保众多路堑高边坡的安全稳定,取得 了良好的效果,不仅具有较新的理论意义,而且还具有很好的社会经济效益。 关键词:路堑高边坡;松动区;加固支挡结构;信息施工技术;抗滑桩;地梁
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