山區(qū)高等級(jí)公路高邊坡穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的地質(zhì)工程研究.pdf

1、山區(qū)高速公路高邊坡穩(wěn)定性問(wèn)題已成為威脅施工安全，制約工程進(jìn)度，影響安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。雖然在勘察和設(shè)計(jì)階段均對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，但由于我國(guó)現(xiàn)階段公路工程勘察設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，許多邊坡地質(zhì)問(wèn)題在勘察和設(shè)計(jì)階段很難暴露出來(lái)，迫切需要一套適合山區(qū)高速公路的高邊坡動(dòng)態(tài)支護(hù)設(shè)計(jì)理論和方法體系。本文通過(guò)對(duì)湯屯高速公路大量高邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征和變形破壞模式研究，遵循定性分析與定量評(píng)價(jià)相結(jié)合的基本學(xué)術(shù)思想，系統(tǒng)總結(jié)了公路邊坡主要支護(hù)措施及其適用條件，提

2、出了基于支護(hù)的邊坡地質(zhì)工程分類方案，在此基礎(chǔ)上，對(duì)不同類型的邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法及支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)選，得出適合不同類型邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法及支護(hù)方案，并通過(guò)邊坡監(jiān)測(cè)反饋分析實(shí)現(xiàn)邊坡動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及信息化施工。 論文以研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件為背景，從施工期高邊坡地質(zhì)條件調(diào)查復(fù)核入手，以邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征和變形破壞模式為主線，以邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)為基礎(chǔ)，對(duì)高邊坡施工期動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)工作進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，細(xì)化、深化邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征調(diào)查、變形破壞模式分析、基于支護(hù)的

3、地質(zhì)工程分類、支護(hù)設(shè)計(jì)適宜性評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)反饋等相關(guān)工作的方法、過(guò)程，并以研究區(qū)內(nèi)塊狀、板裂兩類特殊巖體結(jié)構(gòu)高邊坡為例進(jìn)行深入分析，進(jìn)行全過(guò)程動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)研究。通過(guò)這些工作，以期獲得一套基于地質(zhì)工程原理，具有一定理論意義并可指導(dǎo)工程實(shí)踐的高速公路高邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的研究方法、工作流程。 通過(guò)上述研究，在邊坡地質(zhì)工程分類、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法及動(dòng)態(tài)支護(hù)設(shè)計(jì)方面取得了一定的進(jìn)展，主要包括： (1)針對(duì)山區(qū)高等級(jí)公路的地質(zhì)復(fù)雜性和公

4、路建設(shè)過(guò)程中對(duì)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的要求，基于地質(zhì)過(guò)程機(jī)制分析和變形控制的基本思想，提出了一套山區(qū)高等級(jí)公路高邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的地質(zhì)工程分析理論和評(píng)價(jià)方法。即：以邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征和變形破壞模式研究為基礎(chǔ)，以服務(wù)于支護(hù)設(shè)計(jì)的邊坡地質(zhì)工程分類為核心，通過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)類型邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法及支護(hù)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)選，建立了一套適合山區(qū)高速公路高邊坡動(dòng)態(tài)支護(hù)設(shè)計(jì)的理論和方法體系，形成了“地質(zhì)條件詳細(xì)調(diào)查-巖體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)描述-邊坡變形破壞模式分析-基于地

5、質(zhì)過(guò)程的定性與定量穩(wěn)定性評(píng)價(jià)-災(zāi)害控制與支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)-監(jiān)測(cè)反饋分析”的工作方法，發(fā)展了針對(duì)高邊坡具體地質(zhì)條件的非模式化優(yōu)化設(shè)計(jì)的理念和方法。 (2)系統(tǒng)研究了適于邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和支護(hù)設(shè)計(jì)的巖體結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)方法。建立了適合山區(qū)公路邊坡的巖體結(jié)構(gòu)分類方案，將巖體結(jié)構(gòu)分為塊狀結(jié)構(gòu)、次塊狀結(jié)構(gòu)、碎塊狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)；根據(jù)公路邊坡的特點(diǎn)，建立了結(jié)構(gòu)面分級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)描述體系，將結(jié)構(gòu)面分為三類，控制性軟弱結(jié)構(gòu)面、一般性軟弱結(jié)構(gòu)面和裂隙類結(jié)

6、構(gòu)面；在此基礎(chǔ)上研究了邊坡巖體結(jié)構(gòu)分區(qū)的方法。 (3)在邊坡主要支護(hù)措施總結(jié)及其適宜性研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)滑坡體、潛在圓弧形破壞、深部塊體失穩(wěn)、淺表層塊體失穩(wěn)四種常見(jiàn)類型邊坡的支護(hù)方案設(shè)計(jì)研究，系統(tǒng)總結(jié)了邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)方案和對(duì)應(yīng)的具體支護(hù)措施，按照支護(hù)措施特點(diǎn)和支護(hù)工程強(qiáng)度將邊坡的支護(hù)方案類型劃分為削方減載、強(qiáng)支護(hù)、弱支護(hù)、坡面防護(hù)四種類型，并研究了各種支護(hù)方案的適用范圍。 (4)建立了基于支護(hù)的邊坡地質(zhì)工程分類方案。根據(jù)

7、邊坡的巖體結(jié)構(gòu)特征和變形破壞模式將邊坡分為塊狀結(jié)構(gòu)邊坡、板裂結(jié)構(gòu)邊坡、碎裂結(jié)構(gòu)邊坡和散體結(jié)構(gòu)邊坡，分別研究了各類邊坡形成的地質(zhì)條件、影響穩(wěn)定性的因素、主要變形破壞模式，并研究了它們對(duì)應(yīng)的邊坡支護(hù)方案和具體支護(hù)措施，有利于在公路施工過(guò)程中根據(jù)邊坡類型快速選擇支護(hù)設(shè)計(jì)方案。 (5)對(duì)湯屯高速公路沿線分布較廣的塊狀結(jié)構(gòu)巖體邊坡，在塊體理論的基礎(chǔ)上，建立了基于運(yùn)動(dòng)學(xué)原理的離散元模擬技術(shù)的關(guān)鍵塊體搜索方法和基于塊體理論的關(guān)鍵塊體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

8、方法，即采用離散元方法確定關(guān)鍵塊體，再利用基于強(qiáng)度理論的塊體穩(wěn)定性分析方法評(píng)價(jià)關(guān)鍵塊體穩(wěn)定性，然后根據(jù)邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征及變形破壞模式提出設(shè)計(jì)方案和具體支護(hù)措施，最后利用離散元方法評(píng)價(jià)支護(hù)后邊坡穩(wěn)定性狀況，并通過(guò)監(jiān)測(cè)反饋分析實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，發(fā)展了塊狀結(jié)構(gòu)邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及支護(hù)設(shè)計(jì)方法。 (6)首次對(duì)皖南山區(qū)古老板裂化變質(zhì)巖邊坡的形成機(jī)制和失穩(wěn)模式進(jìn)行系統(tǒng)研究，并提出針對(duì)性的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法和支護(hù)設(shè)計(jì)對(duì)策。研究區(qū)板裂巖體邊坡主要有順層和反