紅層路塹邊坡失穩(wěn)機(jī)理及加固防護(hù)技術(shù)研究.pdf

1、本文以南渝、安楚高速公路的典型紅層路塹邊坡的研究對(duì)象，在廣泛的地質(zhì)資料調(diào)研和工程地質(zhì)特性分析的基礎(chǔ)上，采用理論研究、數(shù)值分析和大型地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)，對(duì)紅層路塹邊坡變形破壞機(jī)理、穩(wěn)定性分析及加固防護(hù)措施進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。同時(shí)利用大量巖樣的室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，研究了紅層巖體力學(xué)參數(shù)的選取原則。通過理論分析和試驗(yàn)研究，得出的主要結(jié)論和研究成果如下： (1)根據(jù)紅層路塹邊坡的工程地質(zhì)特征，按坡體結(jié)構(gòu)將邊坡分為近水平、傾斜和上覆堆積層

2、三大類。按巖性組合和結(jié)構(gòu)體特征又將近水平邊坡細(xì)分為軟質(zhì)泥巖為主的巖體結(jié)構(gòu)、砂泥巖互層的軟硬相間的巖體結(jié)構(gòu)、巨厚層砂巖為主的巖體結(jié)構(gòu)，不同巖性組合的近水平邊坡破壞機(jī)理共有8種；根據(jù)巖層傾向和邊坡傾向的關(guān)系將傾斜邊坡巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步劃分為為順層、反傾和斜交邊坡三個(gè)亞類，其中的順層邊坡破壞機(jī)制主要為完全平面順層—滑移型、滑移—拉裂型和滑移—彎曲型三種，反傾邊坡的失穩(wěn)過程分為彎曲—傾倒—滑移三個(gè)階段，斜交紅層邊坡的破壞形式可分為階梯狀順層滑塌、階

3、梯狀順節(jié)理滑塌和楔形滑塌三種。 (2)提出了紅層巖體力學(xué)參數(shù)選取原則。①通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果和收集的資料分析，對(duì)紅層巖石、結(jié)構(gòu)面的力學(xué)性質(zhì)、水理及風(fēng)化特性有了較為完整的認(rèn)識(shí)；②系統(tǒng)闡述了利用H-B公式計(jì)算節(jié)理巖體力學(xué)參數(shù)，研究了BQ指標(biāo)與RMR指標(biāo)之間的關(guān)系，總結(jié)出了利用BQ指標(biāo)估算巖體彈性模量的經(jīng)驗(yàn)公式。③結(jié)合紅層邊坡坡體結(jié)構(gòu)和紅層的特殊力學(xué)性質(zhì)，提出了紅層巖體力學(xué)參數(shù)的選取方法。邊坡巖體所含結(jié)構(gòu)面在4組以下者，主要根據(jù)不同地區(qū)巖塊

4、和結(jié)構(gòu)面力學(xué)參數(shù)試驗(yàn)值的隨機(jī)模糊統(tǒng)計(jì)結(jié)果來選??；而邊坡巖體中結(jié)構(gòu)面組數(shù)在4組以上者，則應(yīng)用Hoek-Brown經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度準(zhǔn)則來確定整個(gè)節(jié)理巖體的綜合力學(xué)參數(shù)。 (3)近水平紅層路塹邊坡穩(wěn)定性研究。用數(shù)值方法對(duì)近水平紅層中砂泥巖軟硬互層邊坡開挖變形機(jī)理進(jìn)行分析；對(duì)拉裂崩塌破壞采用巖石的抗拉強(qiáng)度對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)；對(duì)后緣陡傾節(jié)理發(fā)育的平推式滑坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了研究，得出了當(dāng)節(jié)理里面充滿水時(shí)，裂縫位于坡頂線的位置時(shí)邊坡具有最小的穩(wěn)

5、定性系數(shù)的結(jié)論。 (4)傾斜紅層路塹邊坡穩(wěn)定性研究。建議先用赤平投影圖對(duì)傾斜紅層邊坡失穩(wěn)模式做出快速、定性的判斷。并給出了雙坡面臨空的邊坡破壞時(shí)，其結(jié)構(gòu)面的赤平投影圖的關(guān)系；對(duì)傾斜紅層邊坡中各種破壞模式下的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的要素進(jìn)行了研究，從應(yīng)力場(chǎng)分析的角度提出了順層-滑移型破壞其拉裂長度的計(jì)算方法，提出了考慮開挖效應(yīng)下反傾紅層路塹邊坡彎曲折斷應(yīng)力和折斷長度的計(jì)算方法，給出了計(jì)算楔形體破壞模式邊坡在兩結(jié)構(gòu)面摩擦角不同的情況下穩(wěn)定性系數(shù)

6、的極限平衡法和塑性力學(xué)上限解法。 (5)紅層高邊坡分級(jí)開挖下的穩(wěn)定性研究。以數(shù)值方法分析了設(shè)置平臺(tái)對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性的影響和在地形條件允許的情況下在坡體中部寬平臺(tái)的合理設(shè)置進(jìn)行了探討，得出了邊坡分級(jí)設(shè)臺(tái)階開挖的穩(wěn)定性系數(shù)略高于一坡到頂開挖，以及平臺(tái)設(shè)置寬度達(dá)到一定值時(shí)邊坡上下級(jí)開挖產(chǎn)生的松弛區(qū)互不影響的結(jié)論。 (6)研究了框架地梁的內(nèi)力計(jì)算方法。根據(jù)錨索和錨桿地梁受力模式的不同，給出了求解單片梁內(nèi)力的解析法，同時(shí)分別提出了

7、錨索框架地梁的框架梁整體不拆分的Winkle彈性地基模型和錨桿框架地梁的錨桿節(jié)點(diǎn)彈性支承的整體框架地梁模型，并結(jié)合算例用有限元方法分析了框架地梁的內(nèi)力。 (7)大型地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)研究結(jié)果表明：軟硬互層的近水平紅層邊坡的破壞主要是由降雨下滲引起的，與工程地質(zhì)調(diào)查和數(shù)值分析得到的失穩(wěn)破壞機(jī)理是一致的。坡體中部設(shè)置寬平臺(tái)后松弛區(qū)范圍的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文有關(guān)寬平臺(tái)的設(shè)計(jì)理論；傾斜紅層坡面框架梁上的內(nèi)力進(jìn)行測(cè)試結(jié)果與本文的理論計(jì)算結(jié)果也