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某隧道进口边坡稳定性研究

袁慧鹏  
【摘要】:本论文基于拟建的某轨道交通专线隧道边坡稳定性评价工程项目,以某隧道进口边坡为研究对象,通过收集隧道进口高分辨率地形资料、地层资料与工程地质资料,实地勘测边坡岩体节理面(部分包括劈理面)和岩体力学试验,对该边坡岩体结构特征进行详细调查与分析。运用定性分析方法赤平投影及CSMR分别对边坡岩体稳定性和岩体质量分级进行分析,并采用基于有限差分原理的FLAC3D数值模拟软件对该边坡稳定性进行定量分析评价,并对分析结果进行了对比。研究成果为该边坡工程施工提供参考和理论依据,论文主要研究成果如下:(1)考虑岩体的优势结构面发育特征,采用赤平投影法对边坡岩体进行分析,优势结构面和边坡倾向组合形成的可能滑动块体,在自然状态下处于稳定状态,但需对边坡坡面风化裂隙、卸荷裂隙发育的破碎岩体(块体)进行清理。(2)采用修正CSMR法,可降低人为因素对边坡稳定性评价的影响,其评价结果表明该隧道进口边坡岩体质量等级为III级,在自然状态下边坡处于稳定状态。(3)通过FLAC3D软件对单因素下边坡稳定性敏感性模拟分析,分析了边坡坡角、坡高和隧道埋深对边坡稳定性的影响,其影响因素表明:边坡安全系数在坡角15°~75°区间范围内,随着坡角增大而减小;边坡安全系数随着边坡坡高在40m~140m区间的增加而减小;随着隧道洞口埋深深度的增加,边坡安全系数数值也越大,对边坡的稳定越有利。(4)采用FLAC3D对该隧道进口边坡岩体的位移场、应力场、剪切应变增量进行模拟分析,表明位移在坡脚的坡崩积层数值最大为1.08cm,在边坡表层出现了最大拉应力值为1.97×10~5Pa,剪切应变增量主要分布在坡脚的的坡崩积层,剪切应变增量极值为1.525×10~(-3);同时得到边坡在自然状态下的安全系数为2.07,表明边坡在自然状态下处于稳定状态,与采用赤平投影法、CSMR法的评价结果基本一致。对开挖工况下边坡进行稳定模拟分析,在无支护开挖后,边坡安全系数为1.29,比开挖前的边坡稳定系数降低了37.6%,为确保边坡的稳定,开挖时应采取相应防护措施,以避免事故的发生。随着地震烈度的增大,边坡安全系数减小,边坡塑性区从坡崩积层上缘至下缘贯通,形成剪切滑移面,发生滑移变形失稳破坏。剪切应变增量区和塑性区主要发生边坡的坡崩积层,为周围建(构)筑物安全考虑,应对坡崩积层采取防护措施。


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