本文選題：恩施盆地紅砂巖 + 斜坡變形破壞機理�。� 參考：《中國地質大學》2016年博士論文

【摘要】：紅層是指形成于中生代、新生代的一套陸相紅色碎屑類沉積巖,主要巖性是砂巖、粉砂巖、泥巖。由于形成時間較晚,膠結程度低,成巖作用差的原因,導致其結構不致密、強度低,在地表環(huán)境與工程開挖條件下多表現(xiàn)出巖體變形程度明顯的特點。此類巖體構成的紅砂巖斜坡因各類風化作用持續(xù),其風化剝蝕以及淺層變形破壞現(xiàn)象十分明顯,特別是工程建設開挖后的此類斜坡發(fā)生變形破壞甚至災害事件時常存在。恩施盆地紅砂巖分布十分廣泛,具有一定的代表性。隨著恩施城區(qū)的快速發(fā)展、基礎設施進入建設施工階段,市政和道路交通建設中大量的開山平地,揭露出受多組結構面切割形成的楔形結構巖體,在城區(qū)改造形成了多處紅砂巖高邊坡,工程建設所涉及的紅砂巖斜坡變形失穩(wěn)問題也越來越多。基于此,本論文針對恩施盆地(主要集中于城區(qū))紅砂巖斜坡研究其變形破壞機理及其防治對策。論文首先基于恩施盆地的紅砂巖及其斜坡野外工程地質調查、巖土工程物理力學試驗成果,在全面分析紅砂巖的工程地質特性的基礎上,對其進行巖體質量評價與工程性質分類；從斜坡演化狀態(tài)與現(xiàn)象總結提出紅砂巖斜坡變形破壞類型、影響因素和斜坡變形破壞模式；以盆地內常見斜坡災害為基礎分類建立紅砂巖斜坡典型的地質—力學模型,揭示紅砂巖斜坡中的兩類變形破壞機理；研究恩施盆地紅砂巖斜坡的有效防治方法與對策；最后以鳳凰山汽車修理廠斜坡為例進行了紅砂巖斜坡防治方法的應用研究。論文完成的主要工作包括以下幾個方面：(1)基于恩施盆地紅砂巖斜坡調查,揭示了紅砂巖的巖性變化與分布狀況,統(tǒng)計分析了結構面發(fā)育規(guī)律及其特征,確定了紅砂巖巖體中優(yōu)勢結構面狀況,在現(xiàn)場試驗基礎上獲得了紅砂巖的滲透系數(shù)。通過室內物理力學試驗,獲得了紅砂巖的物理力學參數(shù),分析了其變形和強度規(guī)律。研究表明,棕紅色含鈣質條帶粉、細砂巖的力學性質明顯優(yōu)于棕黃色泥質粉砂巖；棕黃色泥質粉砂巖受環(huán)境的影響明顯,力學性質劣化嚴重。(2)在野外地質調查、現(xiàn)場和室內試驗基礎上,依據(jù)飽和單軸試驗和強度劣化試驗成果針對巖體質量在凍融循環(huán)作用下的變化特點,提出了恩施盆地紅層巖體質量評價修正的BQ評價經驗公式：BQ=90+3Rc+250Kv-100Kf。在此基礎上對恩施盆地紅砂巖工程性質類型劃分為三類：棕黃色泥質粉細砂巖(Ⅰ1類)、棕黃色泥質粉砂巖(Ⅰ2類)和棕紅色含鈣質條帶粉、細砂巖(Ⅱ類)。(3)基于野外地質調查,總結了恩施盆地紅砂巖斜坡的主要破壞類型為崩塌和滑坡。從特征上歸納提出了恩施紅砂巖斜坡崩塌破壞的基本形式為楔形體模式、拱月式模式、不規(guī)則形狀模式三種,規(guī)模以小型崩塌為主；滑坡的基本形式為順層基巖滑坡、覆蓋層(風化物為主)滑坡兩種。(4)總結了恩施盆地紅砂巖斜坡產生破壞的內部地質條件和外部誘發(fā)因素。內部地質條件包括地形地貌、地質構造、地層巖性；外部誘發(fā)因素主要是人工開挖活動,其次為降雨。根據(jù)野外調查及室內對形成條件、影響因素的分析,從斜坡結構與變形控制因素角度提出了恩施紅砂巖斜坡的變形破壞機制為差異風化型破壞、結構面控制性滑移、人為擾動失穩(wěn)三類。(5)基于典型災害點調查結果,選取鳳凰山公園紅砂巖斜坡為原型,概化建立了其地質力學模型,基于物理模型相似試驗原理,選用與斜坡同等巖性的砂巖作為相似模型的試驗材料,模擬再現(xiàn)了陡傾結構面控制作用下紅砂巖斜坡的變形破壞過程。試驗結果表明,越靠近坡面的坡體變形量越大,同時巖層的變形量具有隨距離開挖面深度的增加而減小的趨勢,巖體的變形破壞主要沿結構面發(fā)生且陡傾結構面之后的坡體變形量較小,因此認為該組陡傾結構面是坡體的潛在滑移面。試驗中紅砂巖斜坡的最后破壞現(xiàn)象與實際調查分析中所獲得的破壞結果具有很好的一致性。(6)選用上述模型,通過數(shù)值模擬,揭示了結構面控制型滑移模式斜坡的變形破壞全過程,獲得了其變形破壞機理：斜坡開挖,形成高陡邊坡,當順坡向的陡傾結構面發(fā)育時,結構面與坡面將坡面表層的巖體切割成“頭重腳輕”的塊體,剪應力在坡腳周圍集中,尤其是在邊坡剪出口部位出現(xiàn)明顯的應力集中現(xiàn)象,斜坡表層巖體開始向臨空方向發(fā)生緩慢位移,剪切變形首先出現(xiàn)在剪出口一帶；隨著斜坡變形發(fā)展,在坡頂出現(xiàn)張拉、剪切破壞分布點,坡肩部位變形顯著,坡體的剪切破壞分布點逐漸沿著陡傾結構面向坡體的鎖固段擴展,當陡傾結構面的剪應力超過其抗剪強度,坡體產生沿結構面的整體滑移。(7)概化建立了差異風化型破壞模式模型,通過數(shù)值模擬,揭示了其變形破壞全過程,獲得了其變形破壞機理：紅砂巖斜坡巖性差異,坡體沿軟硬巖間的接觸面滑移,棕黃色膠結較差的粉砂巖極易風化,強度低,加之雨水入滲等環(huán)境因素,使得粉砂巖風化崩解,形成一定的巖腔,使得上部膠結程度較好的粉細砂巖在坡體表面以懸臂梁的形式凸出,在重力作用下拉張裂隙逐漸擴展,使得粉細砂巖塊體支撐面積減小,塊體重心逐漸臨空,斜坡穩(wěn)定性不斷降低。當坡體底部支撐面不足以支撐上部塊體時,即發(fā)生斜坡垮塌。(8)在上述研究的基礎上,提出了恩施盆地紅砂巖斜坡防治的兩類方法,以達到提高斜坡整體穩(wěn)定的目的。針對紅砂巖巖體質量等級低的特點,可采用固化劑改良紅砂巖巖體性能而加固斜坡,提高其穩(wěn)定性；綜合采用工程經驗類比分析法、現(xiàn)場實例統(tǒng)計法、數(shù)值模擬法提出了對紅砂巖斜坡采用坡率控制法保證邊坡的整體穩(wěn)定性,達到防止邊坡失穩(wěn)的目的。恩施紅砂巖斜坡保證穩(wěn)定的幾何特征參數(shù)建議值,即紅砂巖斜坡開挖高度不宜超過30m,坡率不宜超過1：0.35,坡度角不宜超過70。,可用于指導實際工程設計。(9)紅砂巖斜坡防治應用實例研究表明,本論文提出的以坡率法控制紅砂巖斜坡變形保證其穩(wěn)定性是可行的、斜坡幾何特征參數(shù)建議值是合理的。對研究實例的具體防治方法是通過降低斜坡坡率保證斜坡的整體穩(wěn)定性、布置砂漿錨桿控制坡面小規(guī)模巖體坍塌和掉塊,即斜坡分二級開挖,上、下段坡率分別為1：0.4、1：0.35,馬道寬2m,斜坡表面變形通過錨桿控制。這與該斜坡工程實施的防護設計是一致的。本文主要創(chuàng)新成果有：(1)以系統(tǒng)工程地質調查和室內實驗測試分析成果為基礎,針對巖體質量在凍融循環(huán)作用下的變化特點,修訂提出了紅砂巖巖體質量BQ評價經驗公式：BQ=90+3Rc+250Kv-100Kf,并提出了恩施盆地紅砂巖工程性質類型為三類：Ⅰ1(棕黃色泥質粉細砂巖)、Ⅰ2(棕黃色泥質粉砂巖)、Ⅱ(棕紅色含鈣質條帶粉、細砂巖)。(2)通過數(shù)值模擬和物理模型試驗相結合的手段,在工程地質分析基礎上提出了斜坡失穩(wěn)的模式和過程,針對盆地內常見斜坡災害現(xiàn)象揭示了恩施盆地紅砂巖斜坡變形破壞機理可以劃分為紅砂巖巖體優(yōu)勢結構面控滑型與差異風化改造型兩類。(3)提出了恩施盆地紅砂巖斜坡的兩類防治對策。針對紅砂巖巖體質量等級低的特點,可采用固化劑改良紅砂巖巖體性能而加固斜坡,提高其穩(wěn)定性；綜合采用工程經驗類比分析法、現(xiàn)場實例統(tǒng)計法、數(shù)值模擬法提出了對紅砂巖斜坡采用坡率控制法保證邊坡的整體穩(wěn)定性,提出了保證恩施盆地紅砂巖斜坡穩(wěn)定狀況的適宜坡率建議值。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU45

【參考文獻】

相關期刊論文 前8條

1 劉清秉;項偉;崔德山;曹李靖;;離子土固化劑改良膨脹土的機理研究[J];巖土工程學報;2011年04期

2 陳從新;盧海峰;袁從華;童志怡;沈強;魯祖德;;紅層軟巖變形特性試驗研究[J];巖石力學與工程學報;2010年02期

3 張建新;吳東云;;樁端阻力與樁側阻力相互作用研究[J];巖土力學;2008年02期

4 梁慶國,韓文峰,馬潤勇,諶文武;強地震動作用下層狀巖體破壞的物理模擬研究[J];巖土力學;2005年08期

5 倪俊;紅砂巖高陡巖質邊坡穩(wěn)定性分析及治理[J];巖土力學;2004年06期

6 彭華,吳志才;關于紅層特點及分布規(guī)律的初步探討[J];中山大學學報(自然科學版);2003年05期

7 李志勇,鄒靜蓉,謝強;紅層路塹邊坡工程地質及系統(tǒng)聚類分析研究[J];工程勘察;2002年02期

8 李彰明;模糊分析在邊坡穩(wěn)定性評價中的應用[J];巖石力學與工程學報;1997年05期

，

本文編號：1754266