岩质高陡边坡稳定性分析与锚固优化

论文摘要

岩质高陡边坡问题是我国20世纪70年代以后出现的最具特色的工程地质问题之一,如果处理不当,将造成严重的经济损失和人身安全问题。本文所研究的边坡为开挖后形成的人工边坡,高约35米,坡角85°,属于岩质高陡边坡。岩质边坡的稳定性受多种因素影响,地层与岩性是决定边坡工程地质特征的基本因素,也是研究边坡稳定性的重要依据。本文所研究的边坡主要由砂岩和泥岩组成,此类岩石物理力学性质较软弱,特别是长时间暴露后或遇水后岩石力学性质会大幅度下降,是影响边坡稳定性的决定性因素。勘探场区内构造不发育,岩体结构面以节理裂隙和层面为主,岩体完整程度以较完整为主;结构面结合差或结合一般,因此,岩体结构是影响该边坡稳定的主要因素。本文先采用赤平极射投影法和平面滑动法分析该边坡,初步判断处于不稳定状态,需加固。边坡整体上为岩质边坡,边坡整体稳定主要受节理结构面控制,并且边坡坡顶存在需保护的高层建筑和重要的气象观测设备,要求对边坡的变形进行严格控制,相应必须采用变形相对较小的支护结构形式,以保证建(构)筑物的安全和正常使用。为此,结合相关规范、规程和工程建设经验,该边坡只能采用锚杆框架梁方案加固。然后采用有限元法分析边坡稳定性,分析结果表明,该边坡的稳定安全系数为1.14,较平面滑动法计算的结果大,边坡处于基本稳定状态,但仍然需加固。从边坡塑性变形图可以看出:塑性变形从坡顶泥层向下部强风化砂岩层发展,并贯通强风化砂岩层,但并没有继续延伸到下面较坚硬的中等风化泥岩层和更坚硬的微风化砂岩、泥岩层。如不仔细分析,有可能误解为边坡的破坏机理为“挡墙溃屈”型,但边坡较坚硬的中等风化砂岩层和更为坚硬的微风化砂岩和泥岩层,并没有发生类似挡土墙的作用,承受因上部坡体变形而传递下来的巨大“推力”,所以该边坡破坏机理不是“挡墙溃屈”型,进一步分析得知,该边坡破坏机理属于滑移—拉裂—剪断“三段”式。由塑性变形曲线可知,设计院锚固方案存在不足,具体表现在:锚杆支护过长,塑性变形破坏线以下不该支护的边坡段也进行了支护,导致边坡安全系数过大,造成了不必要的工程浪费。优化设计院的锚固支护方案后,有限元模拟计算表明:优化前后边坡变形几乎没有差别;边坡安全系数由优化前的3.4降为3.0,边坡最大拉力没有超过岩土体的拉伸应力,边坡仍处于稳定状态。由此所得该优化方案是科学合理的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外岩石边坡稳定性研究的现状
• 1.3 边坡稳定性分析存在的问题及展望
• 1.4 研究方法及内容
• 2 边坡变形破坏机理研究
• 2.1 大型滑坡发生机理
• 2.2 边坡变形破坏的分类
• 2.3 影响边坡稳定的主要因素
• 3 研究区工程地质条件
• 3.1 自然地理特征
• 3.2 地形地貌
• 3.3 地层组成
• 3.4 地质构造
• 3.5 水文地质特征
• 3.6 场地地震效应
• 3.7 工程地质剖面
• 3.8 边坡岩体结构与特性
• 3.9 工程边坡岩体类型
• 4 边坡稳定性分析与评价
• 4.1 用极限平衡法进行计算和分析
• 4.1.1 定性分析
• 4.1.2 稳定性计算
• 4.2 有限元分析
• 4.2.1 有限元软件功能及分析流程
• 4.2.2 有限元模型的建立
• 4.2.3 边界约束和荷载
• 4.2.4 强度折减法及结果分析
• 5 边坡加固方法的研究
• 5.1 锚固原理及影响因素
• 5.1.1 锚杆（索）类型及适用性
• 5.1.2 影响锚固效果的因素分析
• 5.2 有限元模拟边坡支护及效果评价
• 5.2.1 设计院边坡支护设计
• 5.2.2 锚索与岩土接触的有限元模拟
• 5.2.3 锚杆边坡有限元分析
• 5.2.4 锚杆优化设计
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢