长大顺层边坡渐进失稳机理及首段滑移长度确定的研究

论文摘要

现有的顺层边坡推力计算方法是考虑整个滑体计算推力，基于此方法计算长大顺层边坡的推力，得到的下滑力太大，一般支挡建筑物很难满足要求。经调查发现，长大顺层边坡失稳并非整体一次下滑，而是多次分段滑移，这样就可考虑只对首段滑移滑体加固，但此种方法现在还没有理论根据。可见，长大顺层边坡的加固设计不但关系到边坡的稳定和安全，也直接关系到整个工程造价，研究长大顺层边坡的滑移失稳机理及首段滑移长度对确定合理的加固设计方案具有非常重要的意义。本论文对长大顺层边坡滑移失稳过程进行了系统的分析，首次揭示了长大顺层边坡滑移失稳机理，初步建立了长大顺层边坡的首段滑移长度公式，首次提出了基于长大顺层边坡滑移失稳机理的长大顺层边坡加固设计原则，补充完善现有的边坡设计理论。论文遵循“现场调查-理论分析-数值分析-模型试验-现场监测”多种研究手段相结合原则，主要研究内容与研究结果如下：（1）综合考虑顺层边坡的渐进滑移失稳机理与加固难度，从工程的角度将坡长大于100m的顺层边坡定义为长大顺层边坡。（2）系统分析总结了软弱夹层弹塑性特征、峰残强度特征，结构面摩擦机理、剪切特征，获得了长大顺层边坡的滑面的力学参数特征；对滑面的应力特征进行详细分析，对影响滑面应力集中段长度的各种因素进行分析，包括坡度、坡长、滑体厚度等，揭示了各种影响因素下滑面应力集中段长度的变化规律；根据不同影响因素下滑面应力集中段长度的变化规律，提出长大顺层边坡滑面应力集中段长度的计算公式：Lmax=0．3938α+0．0643 14L+1．505569H-2．18222α≤350 H≤40m 100m≤L≤1000m（3）设计制作了模拟长大顺层边坡滑移失稳的模型试验装置，通过模型试验模拟了长大顺层边坡破坏形态及其演化过程，深入分析了首次滑移失稳长度与坡长及滑体厚度的关系，得到了长大顺层边坡滑移基本特征，并与滑面应力集中段长度的关系式对比分析，得到了应力集中段长度确定首段滑移长度是合理的，且具有一定的安全度。（4）通过对五个长大顺层边坡工程实例的地质调查，得到了长大顺层边坡实际的首段滑移长度，实测边坡几何参数，计算得到应力集中段长度，对比分析实际首段滑移长度与应力集中段长度，结果表明，滑面应力集中段长度可作为长大顺层边坡加固设计时加固段的长度。（5）对长大顺层边坡的设计原则进行了系统深入的研究，初步建立了一套长大顺层边坡的设计原则。该原则分四个阶段：拟开挖坡体稳定性评价阶段；岩体力学参数综合取值阶段；长大顺层边坡分类阶段；长大顺层边坡设计阶段。（6）首次提出了一种确定长大顺层边坡滑面力学参数的综合集成方法，即通过大剪试验、现场调查反分析、工程类比、规范规定并结合专家经验来综合确定长大顺层边坡滑面参数的方法，确定了综合集成方法中各种方法对滑面力学参数的取值原则。运用该方法得到了宜万铁路主要岩性滑面的力学参数的取值范围。（7）基于滑面似摩擦角的大小与岩层倾角的关系，初步将长大顺层边坡分为三类：整体稳定、渐进失稳与整体失稳。分析得到了长大顺层边坡支护结构侧向岩石压力计算式，计算式中滑面似摩擦角取滑面残余强度参数。（8）以宜万铁路巴东车站长大顺层边坡为例，利用本文加固设计原则，对该长大顺层边坡进行了加固设计。通过在此边坡的坡体与支护结构上埋设监测仪器，监测得到了长大顺层边坡的变形规律与应力变化规律；现场监测得到的边坡变形段长度与滑面应力集中段长度基本相符合，符合应力与应变相对应的原则；通过岩体压力与桩体变形反分析首段滑移长度，获得了巴东车站长大顺层边坡的安全度为2．16。表明此时巴东车站长大顺层边坡不但稳定，且具有较大的安全度，证明本文提出的长大顺层边坡加固设计原则是合理的。本文提出的长大顺层边坡加固设计原则具有清楚的理论根据，可用于工程实践。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 长大顺层边坡定义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 顺层滑坡局部失稳机理研究现状
• 1.3.1.1 岩土体局部失稳机理研究现状
• 1.3.1.2 滑坡渐进破坏研究现状
• 1.3.1.3 顺层滑坡失稳机理研究现状
• 1.3.1.3.1 顺层滑坡的溃屈失稳机理研究现状
• 1.3.1.3.2 顺层滑坡滑移拉裂失稳机理研究现状
• 1.3.2 顺层滑坡稳定性分析方法研究现状
• 1.3.3 长大顺层边坡加固设计方法研究现状
• 1.4 存在主要问题
• 1.5 研究思路
• 1.6 论文主要研究内容及技术路线
• 1.6.1 论文研究内容
• 1.6.2 技术路线
• 第2章 长大顺层边坡渐进滑移失稳机理分析及滑面应力集中段长度的确定
• 2.1 滑面材料力学参数特征分析
• 2.1.1 软弱夹层力学参数特征
• 2.1.1.1 软弱夹层的弹塑性特征
• 2.1.1.2 软弱夹层的峰残强度特征
• 2.1.2 结构面力学参数特征
• 2.1.2.1 结构面概述
• 2.1.2.2 摩擦理沦
• 2.1.2.3 结构面摩擦机理
• 2.1.2.4 结构面静摩擦系数与法向应力的关系
• 2.1.2.5 结构面剪切破坏准则与剪切变形曲线
• 2.2 长大顺层边坡滑面的应力特征
• 2.2.1 长大顺层边坡数值分析模型
• 2.2.1.1 基本假定
• 2.2.1.2 岩体的数值模拟
• 2.2.1.3 滑面的数值模拟
• 2.2.1.4 模型边界条件及几何尺寸
• 2.2.1.5 模型的物理力学参数
• 2.2.2 长大顺层边坡滑面应力基本特征
• 2.2.3 长大顺层边坡滑面应力特征影响因素分析
• max定义'>2.2.3.1 滑面应力集中段长度 L_max定义
• 2.2.3.2 坡长影响
• 2.2.3.3 滑体厚度影响
• 2.2.3.4 坡角（岩层倾角）影响
• 2.3 长大顺层边坡渐进失稳机理分析
• 2.4 长大顺层边坡滑面应力集中段长度的确定
• max与坡长L关系'>2.4.1 滑面应力集中段长度L_max与坡长L关系
• max与滑体厚度H的关系'>2.4.2 L_max与滑体厚度H的关系
• max与坡度α的关系'>2.4.3 L_max与坡度α的关系
• max与L、H、α的拟合关系'>2.4.4 L_max与L、H、α的拟合关系
• 2.5 本章小结
• 第3章 长大顺层边坡渐进失稳机理及首段滑移长度室内模型试验
• 3.1 概述
• 3.2 试验目的
• 3.3 结构模型试验设计
• 3.3.1 试验块设计
• 3.3.1.1 相似材料
• 3.3.1.2 模具设计
• 3.3.1.3 模型制作
• 3.3.2 试验架设计
• 3.4 结构模型试验结果
• 3.4.1 长大顺层边坡破坏模式及其演化过程试验分析
• 3.4.2 长大顺层边坡滑移基本特征分析
• 3.4.2.1 长大顺层边坡滑移特征坡长影响分析
• 3.4.2.2 长大顺层边坡特征滑体厚度影响分析
• 3.4.3 长大顺层边坡首段滑移长度统计分析
• 3.4.4 滑面应力集中段长度与首段滑移长度比较分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 长大顺层边坡首次滑移长度现场调查与计算公式验证
• 4.1 318国道K1350+015处长大顺层滑坡
• 4.1.1 工程地质概况
• 4.1.2 地质断面
• 4.1.3 首段滑移长度计算值与实际值比较
• 4.2 209国道K1890+700处长大顺层滑坡
• 4.2.1 工程地质概况
• 4.2.2 地质断面
• 4.2.3 首段滑移长度计算值与实际值比较
• 4.3 峨眉水泥厂西采区长大顺层滑坡
• 4.3.1 工程地质概况
• 4.3.2 地质断面
• 4.3.3 首段滑移长度计算值与实际值比较
• 4.4 绵广高速公路K283处长大顺层滑坡
• 4.4.1 工程地质概况
• 4.4.2 地质断面
• 4.4.3 首段滑移长度计算值与实际值比较
• 4.5 绵广高速公路K282+500处长大顺层滑坡
• 4.5.1 工程地质概况
• 4.5.2 地质断面
• 4.5.3 首段滑移长度计算值与实际值比较
• 4.6 首段滑移长度计算公式验证分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 长大顺层边坡加固设计原则研究
• 5.1 长大顺层边坡滑面力学参数综合集成确定
• 5.1.1 滑面力学参数现场大剪试验
• 5.1.1.1 宜万铁路大面积剪切试验工点地质概况
• 5.1.1.2 大面积剪切试验结果
• 5.1.2 滑面力学参数现场调查反分析
• 5.1.3 滑面力学参数工程类比
• 5.1.3.1 泥化夹层力学参数
• 5.1.3.2 滑带土力学参数
• 5.1.3.3 泥页岩滑面力学参数
• 5.1.3.4 灰岩滑面力学参数
• 5.1.3.5 泥化夹层峰残强度力学参数
• 5.1.4 规范规定结构面的力学参数取值
• 5.1.5 宜万铁路长大顺层边坡滑面力学参数综合集成确定标准
• 5.1.6 工程应用实例
• 5.2 长大顺层边坡支护结构侧向岩石压力计算方法
• 5.3 长大顺层边坡分类
• 5.4 长大顺层边坡加固设计步骤
• 5.5 本章小结
• 第6章 宜万铁路巴东车站长大顺层边坡加固设计与现场监测
• 6.1 宜万铁路巴东车站长大顺层边坡设计
• 6.1.1 自然地理及地质概况
• 6.1.1.1 地理概况
• 6.1.1.2 气象特征
• 6.1.1.3 地形地貌
• 6.1.1.4 地层岩性
• 6.1.1.5 地质构造
• 6.1.1.6 水文地质条件
• 6.1.1.7 不良地质
• 6.1.2 巴东车站长大顺层边坡地质断面
• 6.1.3 巴东车站长大顺层边坡加固设计步骤
• 6.1.3.1 拟开挖边坡稳定性分析
• 6.1.3.2 滑面力学参数的综合取值
• 6.1.3.3 巴东车站长大顺层边坡分类
• 6.1.3.4 巴东车站长大顺层边坡加固设计
• 6.2 现场监测方案及监测过程
• 6.2.1 监测目的与意义
• 6.2.2 监测内容
• 6.2.3 监测方案设计
• 6.2.3.1 桩后坡体表层变形观测桩布置与埋设
• 6.2.3.2 桩后坡体深部变形测斜管布置与埋设
• 6.2.3.3 桩后坡体水位观测管布置与埋设
• 6.2.3.4 桩体监测仪器的布置与埋设
• 6.3 监测成果分析
• 6.3.1 水平位移监测成果分析
• 6.3.1.1 抗滑桩水平位移监测成果分析
• 6.3.1.2 坡体测斜管水平位移监测成果分析
• 6.3.1.3 桩后坡体表层相对位移观测桩监测成果分析
• 6.3.1.4 水平位移成果与加固设计段长度比较
• 6.3.2 桩体钢筋拉力与岩体压力监测成果分析
• 6.3.2.1 桩体钢筋拉力监测成果分析
• 6.3.2.2 岩体压力监测成果分析
• 6.3.3 滑体内地下水位动态观测成果分析
• 6.4 巴东车站长大顺层边坡稳定性评价
• 6.5 巴东车站长大顺层边坡安全度评价
• 6.5.1 桩背侧向岩体压力反分析首段滑移长度
• 6.5.2 桩体变形反分析首段滑移长度
• 6.5.2.1 滑面变形参数的反分析
• 6.5.2.2 首段滑移长度的确定
• 6.5.3 巴东车站长大顺层边坡安全度评价
• 6.6 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果