【摘要】：在我國(guó)秦嶺-淮河以北大部地區(qū)及四川盆地西部,分布著約占國(guó)土總面積50%的季節(jié)凍土區(qū)。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,越來(lái)越多的大型工程在季凍區(qū)建成,這些地區(qū)在工程建設(shè)過(guò)程中面臨的凍害問(wèn)題突出,在公路鐵路和水利水電等基礎(chǔ)工程建設(shè)領(lǐng)域往往會(huì)遇到邊坡失穩(wěn)問(wèn)題。在季凍區(qū)修建的邊坡工程中,邊坡巖體由于風(fēng)化或構(gòu)造作用導(dǎo)致節(jié)理分布,節(jié)理面作為巖體的軟弱結(jié)構(gòu)面,其強(qiáng)度往往對(duì)邊坡工程穩(wěn)定具有決定性作用。對(duì)于季凍區(qū)巖質(zhì)邊坡工程,其破壞的多發(fā)季節(jié)之一為冬春交替季節(jié),其主要原因是隨著冬季氣溫的下降,巖質(zhì)邊坡節(jié)理面間地下水凍結(jié),因水冰相變產(chǎn)生約9%的體積膨脹,此時(shí)結(jié)構(gòu)面受到顯著的冰壓力作用而擴(kuò)展錯(cuò)位,導(dǎo)致坡體產(chǎn)生向臨空面方向的位移;在春季升溫過(guò)程中,坡體表層冰雪及坡內(nèi)冰融化入滲節(jié)理間,導(dǎo)致坡體內(nèi)結(jié)構(gòu)面膠結(jié)性質(zhì)弱化,同時(shí)剪切強(qiáng)度降低,邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞。邊坡失穩(wěn)影響季凍區(qū)工程的建設(shè)、運(yùn)營(yíng),同時(shí)威脅著人民生命財(cái)產(chǎn)安全,因此研究?jī)鼋Y(jié)和融化情況下巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性對(duì)季凍區(qū)邊坡工程的建設(shè)有重要的實(shí)際意義。本文以吉林省集雙高速公路泉太隧道洞口邊坡為研究對(duì)象,通過(guò)調(diào)查邊坡工程地質(zhì)條件,得到影響邊坡穩(wěn)定的因素,在此基礎(chǔ)上分析泉太隧道洞口邊坡破壞模式,并建立地質(zhì)力學(xué)模型;同時(shí)采集邊坡結(jié)構(gòu)面試樣進(jìn)行室內(nèi)凍結(jié)剪切試驗(yàn),研究在凍結(jié)條件下巖石節(jié)理面的剪切力學(xué)性質(zhì),同時(shí)查閱前人對(duì)巖石節(jié)理面剪切力學(xué)性質(zhì)的研究,將凍結(jié)和融化情況下的剪切力學(xué)參數(shù)應(yīng)用到地質(zhì)力學(xué)模型中,通過(guò)極限平衡法對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算,運(yùn)用FLAC~(3D)數(shù)值模擬軟件對(duì)邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算,提出對(duì)巖質(zhì)邊坡的綜合穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。本文主要獲得如下研究成果:(1)根據(jù)節(jié)理面凍結(jié)剪切試驗(yàn),分析凍結(jié)巖石節(jié)理面的破壞模式及其破壞機(jī)理,提出節(jié)理面凍結(jié)剪切強(qiáng)度的影響因素及計(jì)算公式,同時(shí)根據(jù)破壞機(jī)理和試驗(yàn)結(jié)果獲得抗剪強(qiáng)度最小的破壞模式和條件,計(jì)算出該條件下的力學(xué)參數(shù),并提出該條件下的剪切位移公式。(2)分析季凍區(qū)巖質(zhì)邊坡的破壞模式和影響邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)外部條件,同時(shí)調(diào)查集雙高速公路泉太隧道的自然地理和地質(zhì)環(huán)境,對(duì)洞口邊坡采用地質(zhì)調(diào)查和鉆探取芯的方式獲得邊坡節(jié)理面的產(chǎn)狀,提出影響邊坡穩(wěn)定性的影響因素。(3)根據(jù)試驗(yàn)獲得的節(jié)理剪切力學(xué)參數(shù),并結(jié)合邊坡節(jié)理的發(fā)育情況,確定邊坡的破壞模式,分別提出凍結(jié)和融化情況下的地質(zhì)力學(xué)模型。采用極射赤平投影對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析,并采用極限平衡方法對(duì)邊坡在凍結(jié)及融化條件下進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)估。結(jié)果表明在凍結(jié)情況下邊坡呈穩(wěn)定狀態(tài),在融化條件下邊坡抗滑力迅速降低,邊坡有失穩(wěn)的危險(xiǎn)。(4)結(jié)合試驗(yàn)獲得的節(jié)理面不同情況下的力學(xué)參數(shù),通過(guò)FLAC~(3D)有限差分法分析不同工況下邊坡的安全穩(wěn)定性系數(shù)并與理論分析計(jì)算作對(duì)比,驗(yàn)證地質(zhì)模型的可靠性,通過(guò)綜合評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)邊坡在融化條件下有失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U452.11
【圖文】：

表2.4 基準(zhǔn)配合比水膠比 減水劑與膠凝材料比 硅粉與膠凝材料比 硅砂比 沙的細(xì)度模數(shù)0.3 0.015 0.1 1:1.5 2.5在試件復(fù)制前，先將原始試件節(jié)理面朝上放置于標(biāo)準(zhǔn)尺寸模具盒內(nèi)，在節(jié)理面以外的地方鋪一層細(xì)沙并鋪上隔離薄膜，使細(xì)沙和隔離膜高于節(jié)理面約1cm，清理節(jié)理面并在節(jié)理面上刷植物油，然后澆筑配合好的水泥砂漿，用振動(dòng)棒和平板振動(dòng)器充分振搗，然后將澆筑平面抹平。養(yǎng)護(hù)24h后拆除模具，取出復(fù)制試件，常溫下標(biāo)準(zhǔn)濕養(yǎng)28天，即得到節(jié)理力學(xué)性質(zhì)和凸起與原始試件相同的復(fù)制試件，用同樣方法復(fù)制另一半復(fù)制試件，獲得完全耦合的人造節(jié)理 。復(fù)制試件養(yǎng)護(hù)完成后，將每組復(fù)制節(jié)理面以耦合方向放置于整理箱中，每個(gè)整理箱中可放入兩組復(fù)制節(jié)理面，將節(jié)理面以外的整理箱空隙用高密度 EPS 泡沫板填充，填充穩(wěn)固后向整理箱內(nèi)充滿純凈水。然后將整個(gè)整理箱放入冰箱進(jìn)行凍結(jié)，在-20℃溫度下凍結(jié) 16h，凍結(jié)前后的試件如圖 2.2 所示。

第 2 章 凍結(jié)巖石節(jié)理直剪試驗(yàn)辨率為 1.44×106 pixel，范圍為 200 mm×150 mm～400 mm×300 mm，最高測(cè)量精度為 0.02 mm，一次測(cè)量?jī)H需 10 s，如圖 2.3 所示。(2)長(zhǎng)沙亞星巖石節(jié)理剪切滲流耦合試驗(yàn)機(jī)：主要由計(jì)算機(jī)、豎向加載控制器、橫向加載控制器、橫向油缸、豎向油缸等組成。豎向荷載和水平荷載范圍均為0~600KN ，豎向位移范圍 0~25mm ，水平位移范圍 0~20mm ，剪切盒大小200×100×100mm（長(zhǎng)×寬×高），精度滿足試驗(yàn)機(jī)國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，如圖 2.4 所示。(3)YE2539 高速靜態(tài)應(yīng)變儀：主要由單片機(jī)、位移計(jì)、計(jì)算機(jī)組成。其測(cè)距為 25mm，精度 0.01mm，如圖 2.5 所示。(4)美菱低溫試驗(yàn)冰箱：容積 50L，溫度范圍-10℃~-65℃。

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本文編號(hào)：2721005