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岩质高边坡开挖与支护过程分析

喻军华  
【摘要】: 岩质高边坡在矿山开采、交通运输、水利和国防等建设工程中十分常见,其稳定性对这些工程有着重要的影响。由于自然作用力和人类社会活动的影响,边坡发生失稳的事故时有发生,给国家和人民带来了巨大的损失;反之,边坡的合理设计支护又将给人们带来显著的效益。因此,岩质边坡的稳定及其合理的开挖支护,已引起了人们极大的关注,国家和地方已经投入了很大的人力、物力和财力来进行这方面的研究。 岩质边坡工程所涉及的领域极其广泛,它和经济、数学、力学、地质、仪器测试、材料和结构等学科有着密切的联系,这些学科的发展将对其稳定性研究起到促进作用。本文以岩质高边坡为工程背景,重点针对高边坡开挖稳定性与支护过程等问题进行了深入的研究,得到了一些有意义的研究成果,并在实际工程中得到了应用。本项研究工作的主要成果有: 1.通过对影响岩质高边坡稳定性的主要因素进行敏感性分析,表明:地震作用对边坡安全性的影响最大;滑动画内聚力c和内摩擦角φ对安全系数K值的影响次之;地下水位高度h对安全系数有一定的影响;而坡体密度ρ和高度H对边坡安全性的影响相对较小,有时可以不予考虑。 2.采用响应面法(RSM)和Monte-Carlo法(MCM)对边坡进行了可靠度分析,两者计算所得的可靠指标β存在着一定的差异,这表明:代表边坡稳定的极限状态曲面存在着非凸性。MCM法的分析结果表明:c和φ变异系数的大小将对β产生很大的影响,而它们的均值对β的影响则没有那么显著;c和φ的相关性对β的影响相对较小。 3.采用边界位移法和应力函数法,并结合有限元程序对岩质高边坡进行了初始地应力场的模拟与分析,实践结果表明这两种方法均能取得较好的效果。这两种方法是利用现有的实测数据,基于最小二乘法制定目标函数,采用一定的优化算法,结合有限元分析程序,得到岩体初始地应力场,并直接为后续的边坡稳定性分析提供初始应力状态。边界位移法克服了以往分析对地应力所做假定过多过强的缺点,并能广泛适用于弹塑性模型。 4.通过对某一具体工程的岩质高边坡进行长时间的现场监测,结果表明该边坡处于一个良好的稳定状态;而分析多点位移计监测数据发现,监测到的山体位移和大气温度有着密切的关系,但前者的变化滞后于后者。 初…—————,——-浙江人学丁学膊I:学位论文 一 5.通汉对篙质蹦栅泵统魄几挖支护懈,,懈蹄颊忽坡开挖后在 坡角处产生应力集中碉。撇面上的应力应变的靴很大,随着离坡面距离 的增加而减小;初始地应力对边坡的开挖支护产生很大的影响,随着初始地应 力的增加,开挖坡面回弹位移增大。-支护锚秆轴力也增大;随着水平构造应力 的增加,回弹位移矢量与水平X轴正方向所形成的角度将减小;边坡岩体岩性 参数的弱化和软弱央层的存在都对边坡的稳定造成不利的铡恻。通过对施工中 经常遇到的坡角临时切割问题进行分析,结果表明。岩性和完整性良好的边坡 具有~定的坡角临时切割能力。 6.采用极限平衡法对边坡滑动面的抗剪强度参数进行了反分析,具体工程 实践表明该方法能取得良好的效果。论文还依据卒衡方程、几何方程和物理方 程,对处于弹性状态的岩质边坡反分析问题的可辨识性进行了理论推导。


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