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基于灰色理论的炭质页岩边坡稳定性评价

檀威  
【摘要】:炭质页岩是一种强度低、易风化、易崩解的膨胀性软岩,炭质页岩路堑边坡经风化崩解后易发生滑坡或崩塌等失稳现象,对道路沿线交通造成较大的安全隐患。因此,对炭质页岩边坡稳定性进行合理的评价有着重要的理论意义和实用价值。炭质页岩边坡的稳定性是由多种因素共同综合作用,多种因素之间存在着复杂的不确定性,可以将边坡工程视为灰色系统。本文以广西柳州至南宁高速公路改扩建炭质页岩边坡为工程实例,利用灰色关联分析法与灰色预测模型对炭质页岩边坡稳定性评价进行研究,主要研究成果如下:(1)对炭质页岩进行两种不同条件下的室内崩解试验,得出崩解速度与崩解前干湿状态存在一定相关性,对崩解过程中及崩解完成后岩体观察发现,崩解破坏过程主要包括两个阶段,一是岩体裂隙持续扩展;二是岩体裂隙全部贯通。通过灰色关联法找到影响炭质页岩崩解性的主要因素,得出伊利石是最不稳定粘土矿物成分。(2)基于正交试验设计,通过灰色关联法得到边坡稳定性多影响因素敏感性排序为:内摩擦角重度粘聚力边坡高度边坡角岩层倾角,单影响因素敏感性排序为:内摩擦角重度粘聚力岩层倾角边坡高度边坡角,此敏感性结果为在该地区特定条件下特殊变化范围内的敏感性顺序。(3)对改扩建炭质页岩边坡分级开挖过程稳定性进行数值模拟分析,结果表明:当开挖Step3完成后边坡处于最不稳定状态,提出了在开挖Step3完成后实时加固方案,边坡开挖Step3实时支护后稳定性满足规范要求。(4)对改扩建炭质页岩边坡在无支护和有支护情况下现场监测点的累计位移沉降与理论计算比较,两者具有相同的变化规律;将传统灰色GM(1,1)模型应用于开挖Step3完成后不稳定边坡进行地表位移沉降预测,得到预测沉降量在逐渐增大,随着时间的推移边坡将处于失稳状态;但是,利用传统灰色GM(1,1)建模拟合精度不高。本文提出基于最小二乘法的多项式拟合改进模型,改进后模型与传统模型相比,其拟合序列的平均相对误差分别减小了2.2%、29.7%,均方差比值分别减小了0.116、0.064,改进后的模型精度为一级,其可行性与可靠性更好。


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