【摘要】：本文以云南省普(立)宣(威)高速公路順層路塹巖質邊坡為研究對象,針對目前國內外在順層巖質邊坡穩(wěn)定性影響因素及邊坡開挖、支護技術等方面普遍存在的一些問題,結合國家自然科學基金[51374163]與云南省交通運輸廳科技專項[云交科2010(A)07-a]課題,從順層巖質邊坡穩(wěn)定性、結構面特性、穩(wěn)定性計算方法、爆破開挖以及支護優(yōu)化設計等方面做系統(tǒng)的研究和探討。主要工作內容如下:(1)完成了云南普(立)宣(威)高速公路第一合同段順層巖質邊坡地質調查,按巖體性質、巖層結構面特征、破壞模式及穩(wěn)定性等方面進行了系統(tǒng)歸類,初步評價了邊坡穩(wěn)定性,預測邊坡工程存在的問題。(2)基于順層巖質邊坡現(xiàn)場工程地質特性,將結構面按形成劃分為四種類型,并通過自制的加載裝置對結構面在自然狀態(tài)下的一類結構面進行壓剪試驗,利用最小二乘法線性擬合得到結構面抗剪強度指標值,同時與基于JRC-JCS等效摩爾-庫侖抗剪強度法對比,驗證裝置可行。根據(jù)邊坡結構面不同類型分別從考慮填充厚度、填充物的含水率等因素進行多次剪切試驗研究,獲取結構面抗剪強度參數(shù),試驗結果對正確評價結構面特性及在后階段對順層巖質邊坡的穩(wěn)定性計算提供相應數(shù)據(jù),研究成果為現(xiàn)場結構面強度參數(shù)取值提供簡便試驗方法。(3)針對多層狀的順層巖質邊坡,基于極限分析上限法理論,運用體積力增量法,考慮單層滑動面極限分析模型的缺陷,建立考慮含結構面的多巖層錯動的任意塊體模型,利用巖塊體在外荷載作用下達到極限破壞時,外荷載做的功與巖體消耗的功相等為基礎建立等式方程,由此推導得到此類邊坡穩(wěn)定系數(shù)的計算公式。在分析典型邊坡算例的基礎上,對比離散元數(shù)值模擬結果,驗證該方法的可行性和適用性。對典型順層巖質邊坡進行計算,其穩(wěn)定系數(shù)接近離散元數(shù)值模擬結果,對兩者計算結果存在的差異進行分析,為此類邊坡穩(wěn)定性評價提供一種新的計算方法。(4)針對順層巖質邊坡爆破開挖對坡體的損傷影響,在現(xiàn)場進行了試驗研究,利用聲波測試結合監(jiān)測振動速度的方法,獲取坡體不同深度巖體的聲速變化及不同位置的質點振速,在不同藥量作用下分析單次和多次爆破對坡體的損傷范圍以及振動波的傳播衰減規(guī)律。研究表明,損傷范圍隨振動速度增大而增加,爆破區(qū)域任意點處的振動速度與坡體損傷深度存在對應的關系,對單次爆破呈線性,而多次重復爆破呈非線性關系,以聲速降低率10%作為損傷界限,損傷深度作為爆破控制值時,分別獲取單次及多次爆破對應的振動臨界速度和損傷半徑,并根據(jù)薩道夫基公式得到兩種方式的最大起爆控制藥量計算式,為現(xiàn)場順層巖質邊坡爆破安全控制提供了指導。(5)針對順層巖質邊坡工程中錨桿(索)支護不考慮巖層走向與坡面走向不一致的影響,研究了巖層走向與坡面走向不同夾角下錨索支護的最佳水平角,建立考慮走向夾角的支護計算模型,推導得到相應的關系式。算例結果表明:考慮錨索最佳方向角的支護能夠更有效地限制邊坡的應力與變形,能提高邊坡的穩(wěn)定性,可為類似邊坡的加固設計提供參考。(6)順層邊坡在開挖施工時常出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象,針對存在開挖失穩(wěn)風險的順層巖質邊坡,提出預留開挖區(qū)先進行預支護,再進行逐層開挖的方法,給出了具體分析流程,并結合現(xiàn)場算例進行了驗證。
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【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U416.14

【參考文獻】

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本文編號：2366943