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水力作用下顺倾岩质边坡稳定性及开挖变形研究

李振存  
【摘要】:近年来,随着我国高速公路、铁路不断向西部山区发展,工程建设中出现了越来越多的边坡垮塌事故,给工程建设、经济建设及人民群众生命财产安全造成了很大的危害。作为岩质边坡的一种,顺倾岩质边坡在我国广泛分布,其具有工程地质条件脆弱、稳定性差等特点,在降雨、爆破、地震等外界因素作用下,很容易发生变形破坏,已成为困扰岩土工程界一个多年的难题。目前,顺倾岩质边坡在水作用下的破坏机理还不是很清楚,而对顺倾岩质边坡开挖变形的研究更是少之又少,造成边坡的设计在很大程度上依赖于设计者的经验,给边坡的安全埋下了隐患。因此,开展水力作用下顺倾岩质边坡稳定性及开挖变形研究,对优化边坡设计、提高边坡稳定性具有重要意义。 本文以炎汝高速公路为工程依托,通过现场工程地质调研,从顺倾岩质边坡变形破坏的力学机理上,将其破坏模式划分为八种。通过室内试验,研究了岩体及结构面在水作用下力学参数的衰减规律,为顺倾岩质边坡稳定性评价提供了可靠的依据。以达西定律为理论基础,研究了降雨入渗对边坡稳定性的影响,推导了水对岩体渗透力及裂隙壁面拖拽力的计算公式。详细分析了顺层滑移破坏的力学机理,并对其失稳破坏判据进行了研究。对顺倾岩质边坡开挖变形机理进行了分析,详细介绍了卸荷岩体的力学特性,并以弹性力学及能量守恒定律为基础,对边坡开挖引起的岩体卸荷回弹变形及顺层滑移变形的计算进行了推导。通过大型有限元软件ADINA,对边坡开挖变形进行了计算;采用二维极限平衡程序Slide,对边坡天然状态及浸泡状态下的安全系数进行了计算;最后采用测斜仪对边坡进行开挖变形监测,测得水平位移随边坡开挖的变形规律,并对有限元计算结果进行了验证。结果表明,以卸荷岩体力学为基础对边坡开挖进行有限元数值模拟是可行的。 本文的研究成果,进一步揭示了水力作用下顺倾岩质边坡的变形破坏机理,对以后边坡的设计、施工及加固等都具有重要的指导意义。


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