勉寧公路沿線邊坡軟巖力學(xué)特性及其穩(wěn)定性研究.pdf

1、陜西省南部勉縣-寧強(qiáng)地區(qū)溝谷縱橫，廣泛分布著寒武系、奧陶系、志留系的地層，巖性主要以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等為主，在公路建設(shè)過程中山區(qū)公路軟巖邊坡問題比較突出。隨著國(guó)家西部開發(fā)戰(zhàn)略計(jì)劃的實(shí)施，這就迫切地需要對(duì)山區(qū)公路軟巖問題進(jìn)行系統(tǒng)研究，本文結(jié)合陜南勉縣-寧強(qiáng)高速公路山區(qū)沿線公路軟巖邊坡，分析公路軟巖邊坡巖體賦存地質(zhì)條件，研究該地區(qū)山區(qū)公路軟巖邊坡的工程地質(zhì)條件和邊坡變形破壞地質(zhì)力學(xué)模式。通過對(duì)組成邊坡的軟巖流變?cè)囼?yàn)，確定流變力學(xué)模型中的巖石

2、材料參數(shù)，建立符合實(shí)際的邊坡流變力學(xué)模型。從工程地質(zhì)基礎(chǔ)、軟巖流變特征、軟巖邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)等方面，系統(tǒng)地研究山區(qū)公路典型軟巖邊坡流變特征及其軟巖邊坡的穩(wěn)定性問題。研究成果主要包括： （1）在充分研究軟巖邊坡工程地質(zhì)環(huán)境的基礎(chǔ)上，采用顯微鏡和浸水試驗(yàn)的方法，對(duì)軟巖巖樣宏觀裂隙發(fā)育過程進(jìn)行了研究，并分析了影響巖石裂隙發(fā)育的主要因素和泥巖破壞面形成的微觀原因。依據(jù)巖樣室內(nèi)試驗(yàn)研究，闡述了軟巖的巖體物理力學(xué)性質(zhì)。利用回彈儀，在野外

3、對(duì)巖石進(jìn)行了測(cè)試，提出巖石回彈值與巖石強(qiáng)度的相關(guān)方程，并根據(jù)巖石回彈值對(duì)勉寧高速公路沿線巖石強(qiáng)度進(jìn)行了分級(jí)。 （2）依據(jù)勉寧高速公路沿線軟巖邊坡特征，分別采用邊坡巖體質(zhì)量RMR方法和分形方法進(jìn)行了巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)，以此為基礎(chǔ)，提出一個(gè)以巖體節(jié)理分布的分維數(shù)D為分級(jí)指標(biāo)，并根據(jù)室內(nèi)外波速測(cè)試的結(jié)果，對(duì)于不同的邊坡巖體質(zhì)量分級(jí)提出了相應(yīng)的分形損傷參數(shù)。 （3）分析沿線公路邊坡的巖性特征、巖石風(fēng)化程度及結(jié)構(gòu)面的特性等，將研究區(qū)域的

4、軟巖邊坡變形破壞地質(zhì)力學(xué)模式歸納為5種。在47處軟巖邊坡中，滑移-壓致拉裂變形模式1處，占邊坡總數(shù)的2.12％；彎曲一拉裂變形模式32處，占邊坡總數(shù)的68.1％；滑移-拉裂變形模式4處，占邊坡總數(shù)的8.5％；蠕滑-拉裂變形模式6處，占邊坡總數(shù)的12.8％；滑移-彎曲變形模式4處，占邊坡總數(shù)的8.5％。軟巖邊坡以彎曲-拉裂變形模式為主，該類邊坡破壞形式主要為傾倒、潰屈破壞、崩塌、滑塌等。 （4）三軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)表明，Burgers

5、模型能更好地描述勉寧高速公路軟巖受力后的力學(xué)特性，特別是其長(zhǎng)期蠕變特征；利用試驗(yàn)結(jié)果，分析確定了Burgers模型本構(gòu)方程中各參數(shù)的數(shù)值。根據(jù)軟巖試樣難以制備的現(xiàn)狀，分別設(shè)計(jì)方形和圓柱體試驗(yàn)試樣，進(jìn)行三軸流變壓縮模擬計(jì)算，探討不同形態(tài)試驗(yàn)試件對(duì)巖體蠕變變形特征的影響規(guī)律。即：立方體試件的應(yīng)變量數(shù)值整體小于圓柱體試驗(yàn)試件的應(yīng)變量數(shù)值。在低圍壓狀態(tài)下（1～5MPa），兩者數(shù)值相差較小，約5～10％之間，在高圍壓狀態(tài)下（10MPa），兩者相差

6、較大，約10～30％之間。 （5）根據(jù)三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果，選擇典型軟巖高邊坡，分別進(jìn)行軟巖邊坡三維流變數(shù)值模擬計(jì)算和分形巖體損傷特征的三維流變模擬計(jì)算，考慮地下水的作用，分析與研究了軟巖邊坡開挖過程和邊坡形成后蠕變期在上述兩種狀態(tài)下的應(yīng)力、應(yīng)變、塑性區(qū)以及主要影響因素、破壞形式等規(guī)律，并計(jì)算了不同狀態(tài)下的安全系數(shù)。 （6）針對(duì)軟巖邊坡破壞的不同形式，利用極限平衡法計(jì)算本區(qū)部分邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，定量評(píng)價(jià)軟巖邊坡的穩(wěn)定性。采用B