填方边坡基底造型技术研究

论文摘要

随着国民经济的快速发展,铁路、公路、矿山、水利、城市建设等工程中的填方边坡越来越多,规模越来越大,支护难度越来越高。这些边坡工程的一个共同特点是下滑推力大、支护条件差,用传统的边坡支护方法难度大、费用高。需要对填方边坡进行研究,形成一些新的支护方法,以适应填方边坡的快速发展。利用填方边坡工程施工前基底面暴露的特点,本文提出对填方边坡基底进行改造的基底造型概念。基底造型技术就是一种在原有诸多滑面改良形式基础上衍生出来的,提高填方边坡稳定性的工程辅助方法。该方法与支挡方法一起,可形成一种稳定性好、经济合理的填方边坡支挡新技术,改变原有单纯支挡结构的支挡方法,以满足日益严峻的填方边坡形势。本文从基底造型技术中的基底放阶方法研究入手,分析边坡滑移容易从基底面产生的机理。提出由于水和填料中的细粒物质的入渗,在填方体下部与稳定基岩之间形成一定厚度的滞水层。该层土体的抗剪强度被弱化,显著低于填料的抗剪强度,是滑面优先形成的条件。基底放阶的目的就是改变该滞水层在滑面上的分布。基于滞水层存在的假设,建立基底放阶台阶与滑面抗滑参数C、φ值之间的计算模型,并提出基底开挖台阶的上、下限控制值计算方法。在此基础上,用Ansys有限元程序对填方边坡基底放阶进行了数值模拟分析,主要验证了解析法并讨论了不同放阶宽度,不同放阶倾角以及不同放阶范围对边坡稳定性的影响。最后,结合重庆三汇二矿矸石山工程,进行了设计对比,并成功运用于工程实际,取得良好效果。分析过程表明了基底放阶的合理性和优越性。在保证边坡稳定的同时,节约了材料,降低了施工难度,减少了工程造价,具有良好的经济效益。基底放阶台阶计算模型的建立为基底放阶法提供了理论依据,将以前仅作为工程技术处理措施的基底放阶进行量化,成为一种新的设计方法和基底造型技术,有一定的理论意义和较高的实用价值。但作为一种专门技术的研究才刚刚开始,还有大量的工作要做,这将是日后研究工作的重点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 边坡加固工程技术发展历史及研究现状
• 1.2.2 边坡滑面改良研究现状
• 1.2.3 滑面改良应用现状
• 1.3 本文主要研究内容、思路及技术路线
• 1.3.1 本文的主要研究内容及思路
• 1.3.2 本文研究的技术路线
• 2 填方边坡及基底造型相关概念
• 2.1 填方边坡的相关概念
• 2.1.1 填方边坡特征
• 2.1.2 填方边坡基本失稳模式
• 2.2 填方边坡基底造型的概念及主要方法
• 2.3 我国行业技术标准中的相关规定
• 2.4 本章小结
• 3 填方边坡滑移面形成机理分析
• 3.1 引言
• 3.2 边坡稳定性主要影响因素
• 3.2.1 土体的结构性质因素
• 3.2.2 环境因素
• 3.3 水土相互作用的机理
• 3.3.1 水土化学作用
• 3.3.2 水土物理作用
• 3.4 填方边坡滑移面形成机理分析
• 3.4.1 基底表面土体的弱化机理
• 3.4.2 基底面滞水层分析
• 3.5 本章小结
• 4 方边坡滞水层解析数学模型的建立
• 4.1 建模依据
• 4.2 极限平衡法确定滑移面
• 4.3 等厚滞水层台阶宽度与滑面抗剪参数的关系
• 4.3.1 滑面粘聚力与台阶宽度关系
• 4.3.2 滑面内摩擦角与台阶宽度关系
• 4.3.3 算例分析
• 4.4 不等厚滞水层台阶宽度公式的推导
• 4.4.1 滑面粘聚力随台阶宽度变化公式的推导
• 4.4.2 滑面内摩擦角随台阶宽度变化公式的推导
• 4.4.3 算例分析
• 4.5 本章小结
• 5 方边坡基底放阶的数值模拟分析
• 5.1 引言
• 5.2 有限单元法
• 5.2.1 有限元法概述
• 5.2.2 Ansys 概述
• 5.3 边坡安全系数的计算原理
• 5.3.1 弹塑性有限元强度折减法计算原理
• 5.3.2 弹塑性有限元强度折减法的破坏标准
• 5.4 影响基底放阶填土边坡稳定的主要因素
• 5.4.1 边坡的几何形状特征
• 5.4.2 基底台阶的影响
• 5.5 基底放阶计算模型
• 5.5.1 几何模型
• 5.5.2 本构模型
• 5.5.3 Ansys 数值模拟
• 5.6 计算结果分析
• 5.6.1 不同台阶宽度情况下边坡稳定性的变化规律
• 5.6.2 不同台阶反倾角情况下边坡稳定性的变化规律
• 5.6.3 不同放阶范围情况下边坡稳定性的变化规律
• 5.7 本章小结
• 6 程应用实例
• 6.1 工程概述
• 6.2 场区工程地质评价
• 6.2.1 既有矸石山基本特征
• 6.2.2 既有矸石山滑坡形成机制
• 6.3 设计方案计算
• 6.3.1 解析法计算基底放阶台阶宽度
• 6.3.2 Ansys 工程实例模拟
• 6.3.3 Ansys 计算结果分析对比
• 6.4 本章小结
• 7 论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 后续工作研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录