紅層路塹邊坡穩(wěn)定性與防治研究.pdf

1、近年來，中、西部省區(qū)高等級公路建設(shè)得到了快速發(fā)展，不同程度的穿越紅層分布地區(qū)。由于紅層強度低、抗風(fēng)化能力差、紅層邊坡的自穩(wěn)能力差，從而造成施工期間和施工后路塹邊坡不斷出現(xiàn)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，紅層路塹邊坡的穩(wěn)定性及防治已成為工程界研究的一個熱點。研究合理有效地分析紅層邊坡巖體性質(zhì)、評價邊坡的穩(wěn)定性及提出合適的治理方案具有重要的理論意義與應(yīng)用價值。
　　 在國家“863計劃”項目“山區(qū)公路路基邊坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)研究”的資助下，本

2、文從現(xiàn)場調(diào)查、室內(nèi)試驗、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測五個方面展開工作。主要取得了如下研究成果：
　　 (1)通過室內(nèi)試驗，研究不同含水量條件下泥化夾層強度特征，表明：含水量對紅砂巖泥化夾層抗剪強度的影響很大，當(dāng)大于臨界含水量后，內(nèi)摩擦角和粘結(jié)力隨含水量的增大而減小。水巖相互作用導(dǎo)致泥化夾層強度降低。
　　 (2)利用FLAC3D數(shù)值分析軟件建立三維結(jié)構(gòu)面試樣模型，研究不同表面形態(tài)、不同邊界條件下的結(jié)構(gòu)面強度和變形特征，建

3、立了結(jié)構(gòu)面起伏角與抗剪強度參數(shù)之間的關(guān)系。結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)面起伏角較小時，剪切強度與正應(yīng)力之間符合線性關(guān)系，起伏角對內(nèi)摩擦角的影響程度大于對粘結(jié)力的影響程度；隨著起伏角的增大，兩者之間逐漸呈現(xiàn)非線性拋物線關(guān)系特征，結(jié)構(gòu)面的破壞模式從滑移破壞轉(zhuǎn)變?yōu)檠亟Y(jié)構(gòu)面滑移和鋸齒剪碎的復(fù)合破壞。
　　 (3)結(jié)構(gòu)面與樁單元之間的耦合作用研究表明：結(jié)構(gòu)面加入樁單元后，剪切強度得到提高，并且等效粘結(jié)力的提高幅度較大；無樁和有樁狀態(tài)對應(yīng)的剪應(yīng)力和剪位移

4、關(guān)系曲線在峰值前，均表現(xiàn)為顯著的彈性特征；而曲線達到峰值后，無樁狀態(tài)表現(xiàn)為應(yīng)變軟化特征，有樁狀態(tài)表現(xiàn)為應(yīng)變強化特征。
　　 (4)利用數(shù)值模擬方法，分析紅層巖體在單軸、常規(guī)三軸、以及真三軸壓縮情況下的強度和變形特征，研究了紅層巖體的單軸壓縮條件下的變形特征、應(yīng)力-位移關(guān)系以及傾角對強度的影響規(guī)律；研究了紅層巖體的常規(guī)三軸壓縮條件下圍壓對強度的影響、圍壓對應(yīng)力變形特征的影響、圍壓對抗剪強度參數(shù)的影響以及不同結(jié)構(gòu)面傾角下的巖體破壞等

5、規(guī)律；研究了真三軸壓縮條件下，不同最小主應(yīng)力方向時，壓縮強度與中間主應(yīng)力之間的關(guān)系。
　　 (5)利用曲線擬合技術(shù)對巖體強度特征進行了擬合，研究結(jié)果表明：巖體的壓縮強度可以用特定的模型來描述。隨著加載速率的增大，巖體的壓縮強度逐漸增大，二者之間的關(guān)系基本符合線性關(guān)系；在試驗?zāi)M過程中，須根據(jù)實際情況，來選擇相應(yīng)加載速率。
　　 (6)采用遍布節(jié)理模型(Ubiquitous-Joint模型)描述紅層巖體的各向異性特征，建立

6、了基于Ubiquitous-Joint準則的邊坡穩(wěn)定系強度折減分析方法，采用所建立的方法計算安全系數(shù)，確立了紅層邊坡結(jié)構(gòu)面傾角、傾向與邊坡穩(wěn)定性之間的關(guān)系；對于順層邊坡，根據(jù)巖層傾向與坡面傾向的夾角α的大小將順層邊坡劃歸為兩類：當(dāng)口α≤45°時，為嚴格順層邊坡；當(dāng)45°<α<90°時，劃歸斜向?qū)訝钸吰隆?br>　　 以某公路邊坡為工程背景，針對不同邊坡體滲透性和水位升降速率，研究水位變化條件下邊坡體內(nèi)孔隙水壓力的動態(tài)響應(yīng)，得到：水位升

7、降時，在相同的入滲條件下，飽和滲透系數(shù)對初始地下水位有明顯的影響；增大飽和滲透系數(shù)能降低地下水位，使地下水位線變得平緩，邊坡體的動、靜水壓力減小，有利于穩(wěn)定；增加水位升降速率，地下水位響應(yīng)滯后變得顯著，地下水位線形態(tài)整體變陡，邊坡體的動水壓力增大，不利于邊坡穩(wěn)定性。
　　 (7)利用FLAC3D數(shù)值分析軟件，研究抗滑樁在紅層巖體邊坡中的加固效果，分析了抗滑樁設(shè)置位置和樁長對于邊坡變形、應(yīng)力的影響，結(jié)果表明：抗滑樁設(shè)置的位置對于邊

8、坡的水平位移影響較大，當(dāng)抗滑樁設(shè)置于邊坡坡面的中下部時(但需保證抗滑樁穿過了最危險滑動面)，對于巖土體變形的效果最佳：抗滑樁加固后，邊坡的剪應(yīng)變增量得到限制；隨著樁長的增大，邊坡水平位移突變情況逐漸減少；最大位移值也逐漸減小。但存在一臨界樁長Lcr，當(dāng)樁長超過Lcr后，繼續(xù)增大樁長對位移的控制效果明顯減低。
　　 利用FLAC3D建立層狀邊坡的計算模型，分析注漿加固前后巖土體應(yīng)力、變形響應(yīng)，結(jié)果表明：當(dāng)坡體結(jié)構(gòu)面注漿后，邊坡中的

9、位移和應(yīng)力云圖變得較為均勻，在邊坡中無明顯的位移或者應(yīng)力的突變現(xiàn)象，有利于邊坡的穩(wěn)定性，但是，由于注漿加固區(qū)域的有限性，導(dǎo)致了邊坡的整體位移仍較大。通過注漿加固后，邊坡的拉剪塑性區(qū)明顯減少，可見注漿能夠較好改善巖土體自身性能，提高其承擔(dān)拉伸和剪切應(yīng)力的能力。
　　 (8)通過對某公路紅層滑坡的現(xiàn)場調(diào)查，表明：滑坡體已經(jīng)歷多次滑動破壞，即已發(fā)生超過峰值強度的剪切破壞，目前復(fù)活變形是在克服殘余強度過程中產(chǎn)生的滑動變形。通過滑坡及潛在

10、不穩(wěn)定邊坡的穩(wěn)定性評價，設(shè)計采用抗滑樁支護紅層邊坡。通過現(xiàn)場監(jiān)測分析表明：抗滑樁加固后，各個測量點都是穩(wěn)定的，地表沒有發(fā)生大的位移，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。
　　 同時，將文中所研究得到的規(guī)律與前人已有的室內(nèi)試驗結(jié)果相對照，驗證了數(shù)值分析結(jié)果的可靠性與正確性；數(shù)值模擬技術(shù)可部分取代室內(nèi)試驗，可快速指導(dǎo)邊坡穩(wěn)定性評價及防治實際；將抗滑樁加固邊坡的研究成果用于常吉高速公路紅層滑坡治理的實際中，對原方案進行了大規(guī)模的優(yōu)化設(shè)計，減少了工作量、