廣巴高速順層邊坡結(jié)構(gòu)面力學參數(shù)及工程防護措施優(yōu)化設計研究.pdf

1、高速公路的建設和發(fā)展是國家經(jīng)濟發(fā)展水平的風向標。我國是一個多山的國家，為了統(tǒng)籌區(qū)域發(fā)展，構(gòu)建和諧社會，方便、快捷、高效的高速公路建設重點將由平原轉(zhuǎn)向山區(qū)。 人類工程建設歷史過程中，邊坡失穩(wěn)始終是困擾工程建設重要議題，山區(qū)公路建設運營尤其如此。邊坡一旦失穩(wěn)，輕則中斷道路通行，影響國民經(jīng)濟發(fā)展；重則給人民生命財產(chǎn)帶來重大損失。因此，將公路邊坡作為研究對象意義重大。構(gòu)成邊坡的巖體結(jié)構(gòu)面是控制巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的重要因素，而針對結(jié)構(gòu)面的專門

2、研究相對缺乏，因此本文依托“廣巴高速順層邊坡結(jié)構(gòu)面力學參數(shù)及工程技術研究”項目，選擇邊坡結(jié)構(gòu)面力學參數(shù)研究作為主要內(nèi)容。 廣巴高速公路是連接國道主干線的省際聯(lián)絡線。廣元～普濟段(K0～K87)巖質(zhì)順層不良地質(zhì)體普遍發(fā)育，順層邊坡54段，屬極易發(fā)生破壞且破壞規(guī)模較大的一類邊坡。此類邊坡穩(wěn)定性往往與結(jié)構(gòu)面性質(zhì)密切相關，因而結(jié)構(gòu)面力學強度參數(shù)的研究對于邊坡穩(wěn)定性預判以及設計方案的選擇至關重要。 本文基于對研究路段邊坡基本特征、

3、順層邊坡結(jié)構(gòu)面力學特征及其影響因素、結(jié)構(gòu)面力學參數(shù)等研究的基礎上，對研究路段邊坡變形破壞機制及穩(wěn)定性作出結(jié)論性研究并對試驗路段順層邊坡提出了防護措施優(yōu)化設計方案。 具體研究內(nèi)容包括巖體結(jié)構(gòu)及變形破壞方式、結(jié)構(gòu)面工程分類、結(jié)構(gòu)面各向異性及尺寸效應研究、結(jié)構(gòu)面調(diào)查統(tǒng)計、結(jié)構(gòu)面強度理論公式研究、邊坡穩(wěn)定性評價、邊坡開挖過程動態(tài)有限元模擬等。 通過一系列具體研究，得出以下主要結(jié)論： (1)研究邊坡地質(zhì)特征主要分為：硬質(zhì)巖

4、順層邊坡、硬質(zhì)巖央軟巖順層邊坡、軟硬巖順層邊坡、軟巖央硬巖順層邊坡、軟巖順層邊坡。其變形破壞方式以滑移拉裂為主，以崩塌、碎落為輔。 (2)結(jié)構(gòu)面力學性質(zhì)影響因素包括結(jié)構(gòu)面表明形態(tài)、結(jié)構(gòu)面結(jié)合及充填狀況、結(jié)構(gòu)面連續(xù)性、結(jié)構(gòu)面法向應力、水文地質(zhì)條件和軟弱夾層等6種。調(diào)查研究表明，研究區(qū)的結(jié)構(gòu)面以IV級為主，結(jié)構(gòu)面起伏粗糙程度對強度參數(shù)的影響最為明顯。 (3)理論公式法一直是結(jié)構(gòu)面強度參數(shù)預測的重要手段之一，其中最為常用的是

5、Barton公式，但其中的結(jié)構(gòu)面起伏粗糙度JRC值不易定量獲得。通過對結(jié)構(gòu)面起伏粗糙度的詳細分析，提出了采用結(jié)構(gòu)面坡度期望值、高度期望值來描述結(jié)構(gòu)面輪廓曲線的要素，并回歸了其與Barton標準分值的關系函數(shù)，使得其便于工程應用。并進一步利用理論公式對結(jié)構(gòu)面尺寸效應進行了分析，得出：在研究區(qū)的強風化粉砂巖，當取樣長度大于50cm時，可以消除剪切方向上起伏粗糙度尺寸效應；對于平直光滑的新鮮泥巖，小型直剪試驗能夠較好的代表泥巖層面的參數(shù)；對于

6、新鮮砂巖，當取樣長度大于5cm時，可以消除剪切方向上起伏粗糙度尺寸效應。 (4)在參數(shù)研究的基礎上，對研究區(qū)選擇的典型邊坡穩(wěn)定性進行了定性和定量分析，其參數(shù)通過試驗法、工程類比法、理論公式法綜合確定。得出結(jié)論：當研究區(qū)邊坡采用順層面開挖時安全儲備較高，滿足安全要求；當邊坡切層開挖時，在暴雨工況下安全儲備不高，不能夠滿足安全要求；當邊坡采用支擋結(jié)構(gòu)加固后，穩(wěn)定性系數(shù)均高于安全系數(shù)。并且通過敏感性分析可知，邊坡坡角的敏感性大于坡高，

7、結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角敏感性大于內(nèi)聚力。 (5)邊坡開挖數(shù)值模擬結(jié)果表明：研究區(qū)邊坡隨著開挖深度的增加，坡腳的剪應力不斷集中和范圍不斷擴大，且最大主應力與坡面平行，向深部逐漸增大，與重力成正比，應力量級范圍值一般在0.5MPa以下，但沒有出現(xiàn)塑性變形區(qū)，即邊坡不會整體破壞，只存在局部卸荷回彈變形。 (6)對典型的切層開挖高邊坡坡段進行支護方案優(yōu)化，結(jié)果表明，現(xiàn)有邊坡的設計趨于保守，尚存在進一步優(yōu)化的余地。 該研究為邊坡結(jié)