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原文传递黑河特大桥古滑坡稳定性及治理工程数值模拟研究

论文题名：	黑河特大桥古滑坡稳定性及治理工程数值模拟研究
关键词：	古滑坡;三维建模;稳定性;预应力锚索抗滑桩;黑河特大桥
摘要：	近年来，我国基础设施建设进程不断加快，公路、铁路网几近涵盖我国各个角落。这些基础设施建设发展初期，工程师进行线路选址时尽可能选择沿线地质条件良好地段，以此来防止某些地质灾害（如：崩塌、边坡失稳、泥石流等）影响拟建线路安全，但随工程建设的深入，交通网密集化程度不断增加，可供设计人员进行工程建设良好选址范围不断缩小，所遇地质灾害问题也更加复杂多变。在这些复杂多变的地质灾害中一种具有极强隐蔽性、不为人所容易识别、受扰动敏感的地质灾害——古滑坡。由于其发生年代久远，地貌地形上已不具备现代滑坡所特有的一些特征，其不易为人识别的特点，使得在建设选址初期对该种问题认识不足，且本身特有的受扰动敏感这一特点，令古滑坡极易发生失稳滑动。进而在影响工程建设进展的同时造成巨大经济损失与人员伤亡。因此，如何对古滑坡进行判识及确认其形成机理，并对此提出相应合理措施建议，是目前工程建设过程中所需研究的一个重点。　　本文以S28灵华高速长武至灵台联络段线路上的一处古滑坡为研究对象，对古滑坡的判识及形成机理进行分析研究，采用定性定量及真三维数值模拟手段进行古滑坡的稳定性论述分析，并针对古滑坡的目前状态及拟建工程设施重要程度提出对应治理措施，结合Flac3D数值模拟手段对施加治理措施后的古滑坡稳定性及支护措施效果进行模拟研究，主要得到以下成果：　　（1）黑河特大桥古滑坡为一处深层巨型牵引式黄土基岩混合滑坡，滑坡目前空间形态上已不具备现代滑坡所有的明显特征（新鲜的滑坡后壁、双沟同源现象等），但地貌宏观上仍呈现圈椅状。坡体前部冲沟发育，在中部发育一条贯穿整个滑坡的巨型冲沟，并以此划分左右古滑坡体，目前冲沟左侧位置已无古滑坡残留体，整个坡面呈缓坡状延伸至坡底，右侧滑坡残留体方量巨大，且上部清晰可见离石黄土、马兰黄土连续成层分布，空间形态上目前呈现出一宽缓平台的特征。滑坡体前缘临空，为一近15m高陡坎，高陡坎主要为基岩构成。　　（2）在区域地质构造活动的大背景下，对古滑坡形成机理进行研究分析：黑河特大桥古滑坡失稳前原为黑河右岸河谷三级阶地，河谷二级阶地形成期间，河谷三级阶地所在位置成为黑河河流凸岸（即侵蚀岸），黑河河流不断侧蚀冲刷三级阶地坡脚，加上降雨使得阶地下伏泥岩软化强度降低等内外因素共同作用下，三级阶地失稳滑动，大量滑体冲入黑河河道被水流冲刷带走，仍残留部分滑体在原地经后期经堆积作用形成现今地形地貌特征。　　（3）对古滑坡进行定性定量分析及数值模拟发现：古滑坡在天然状态下处于稳定状态，饱水状态下处于基本稳定~稳定状态，但古滑坡高陡的前缘地形、侧向深长冲沟的发育以及下伏泥岩地层的岩性条件是古滑坡可能发生失稳破坏的主要原因所在，随时间的推进滑坡前缘及中部冲沟的不断发育冲刷而使得古滑坡稳定性相应逐步变差。　　（4）选用犀牛建模软件对研究对象进行真三维地质建模，Flac3D数值模拟软件对古滑坡稳定性计算模拟，从位移、主应力、应变增量三个角度进行古滑坡稳定性分析，模拟结果表明滑坡最大位移出现在坡体前缘陡坎处，应变增量最大值出现在滑带附近，进一步说明古滑带及前缘高陡地形的存在是可能导致古滑坡失稳变形的主要因素。　　（5）针对古滑坡稳定性分析结果，以及拟建项目对于滑坡稳定系数的安全储备要求，选用预应力锚拉桩复合结构进行治理，并对治理后的滑坡稳定性进行数值模拟分析，发现经治理后古滑坡的位移情况得到明显改善，通过对应力及应变增量分析发现在设桩位置处应力迹线发生明显变化，且原本贯通的应变增量区明显淡化消失，说明治理效果显著。整个坡体的位移均集中于毫米级别，并对治理后古滑坡稳定性进行安全系数求解，稳定性系数为1.58，符合拟建项目要求的安全储备条件，达到预期治理目标。
作者：	李军伟
专业：	地质工程
导师：	胡高社
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022