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《成都理工大学》 2008年
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广巴高速顺层边坡结构面力学参数及工程防护措施优化设计研究

叶斌  
【摘要】: 高速公路的建设和发展是国家经济发展水平的风向标。我国是一个多山的国家,为了统筹区域发展,构建和谐社会,方便、快捷、高效的高速公路建设重点将由平原转向山区。 人类工程建设历史过程中,边坡失稳始终是困扰工程建设重要议题,山区公路建设运营尤其如此。边坡一旦失稳,轻则中断道路通行,影响国民经济发展;重则给人民生命财产带来重大损失。因此,将公路边坡作为研究对象意义重大。构成边坡的岩体结构面是控制岩质边坡稳定性的重要因素,而针对结构面的专门研究相对缺乏,因此本文依托“广巴高速顺层边坡结构面力学参数及工程技术研究”项目,选择边坡结构面力学参数研究作为主要内容。 广巴高速公路是连接国道主干线的省际联络线。广元~普济段(K0~K87)岩质顺层不良地质体普遍发育,顺层边坡54段,属极易发生破坏且破坏规模较大的一类边坡。此类边坡稳定性往往与结构面性质密切相关,因而结构面力学强度参数的研究对于边坡稳定性预判以及设计方案的选择至关重要。 本文基于对研究路段边坡基本特征、顺层边坡结构面力学特征及其影响因素、结构面力学参数等研究的基础上,对研究路段边坡变形破坏机制及稳定性作出结论性研究并对试验路段顺层边坡提出了防护措施优化设计方案。 具体研究内容包括岩体结构及变形破坏方式、结构面工程分类、结构面各向异性及尺寸效应研究、结构面调查统计、结构面强度理论公式研究、边坡稳定性评价、边坡开挖过程动态有限元模拟等。 通过一系列具体研究,得出以下主要结论: (1)研究边坡地质特征主要分为:硬质岩顺层边坡、硬质岩夹软岩顺层边坡、软硬岩顺层边坡、软岩夹硬岩顺层边坡、软岩顺层边坡。其变形破坏方式以滑移拉裂为主,以崩塌、碎落为辅。 (2)结构面力学性质影响因素包括结构面表明形态、结构面结合及充填状况、结构面连续性、结构面法向应力、水文地质条件和软弱夹层等6种。调查研究表明,研究区的结构面以Ⅳ级为主,结构面起伏粗糙程度对强度参数的影响最为明显。 (3)理论公式法一直是结构面强度参数预测的重要手段之一,其中最为常用的是Barton公式,但其中的结构面起伏粗糙度JRC值不易定量获得。通过对结构面起伏粗糙度的详细分析,提出了采用结构面坡度期望值、高度期望值来描述结构面轮廓曲线的要素,并回归了其与Barton标准分值的关系函数,使得其便于工程应用。并进一步利用理论公式对结构面尺寸效应进行了分析,得出:在研究区的强风化粉砂岩,当取样长度大于50cm时,可以消除剪切方向上起伏粗糙度尺寸效应;对于平直光滑的新鲜泥岩,小型直剪试验能够较好的代表泥岩层面的参数;对于新鲜砂岩,当取样长度大于5cm时,可以消除剪切方向上起伏粗糙度尺寸效应。 (4)在参数研究的基础上,对研究区选择的典型边坡稳定性进行了定性和定量分析,其参数通过试验法、工程类比法、理论公式法综合确定。得出结论:当研究区边坡采用顺层面开挖时安全储备较高,满足安全要求;当边坡切层开挖时,在暴雨工况下安全储备不高,不能够满足安全要求;当边坡采用支挡结构加固后,稳定性系数均高于安全系数。并且通过敏感性分析可知,边坡坡角的敏感性大于坡高,结构面内摩擦角敏感性大于内聚力。 (5)边坡开挖数值模拟结果表明:研究区边坡随着开挖深度的增加,坡脚的剪应力不断集中和范围不断扩大,且最大主应力与坡面平行,向深部逐渐增大,与重力成正比,应力量级范围值一般在0.5MPa以下,但没有出现塑性变形区,即边坡不会整体破坏,只存在局部卸荷回弹变形。 (6)对典型的切层开挖高边坡坡段进行支护方案优化,结果表明,现有边坡的设计趋于保守,尚存在进一步优化的余地。 该研究为边坡结构面及稳定性研究提供了一种思路,其成果可直接服务于广巴高速公路建设,同时还可应用于同类型顺层边坡的工程防护治理,具有较广泛的借鉴意义。
【学位授予单位】:成都理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:U416.14

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【引证文献】
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【同被引文献】
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