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原文传递边坡开挖工程活动对环境影响研究

论文题名：	边坡开挖工程活动对环境影响研究
关键词：	边坡开挖;强扰动区;施工时序;迁移式影响;临时边坡;自组织特性;熵;离心模型试验
摘要：	重大工程灾害与防治成为21世纪核心科学问题之一，必须从可持续发展的战略高度研究“重大工程灾害与防治”。国家已把铁路和高等级公路等交通干线建设作为实施西部大开发的重要举措，并已列入国家建设的优先领域。西部地区工程建设条件复杂，生态环境脆弱，环境条件对道路建设严重制约，道路工程对环境影响问题严重，其中道路边坡开挖活动问题尤为突出。由此，研究边坡开挖工程对山区环境影响作用具有重要意义。我国西部山地环境灾害是地球内外动力耦合作用的产物，边坡开挖对山地环境影响表现为影响了山地动力系统及山地动力系统作用的环境，从而加速山区环境演变和引发山地边坡灾害。开挖引起的强扰动区范围是工程活动影响山地环境演化进程和评价工程开挖活动对环境影响的一个重要指标。由于开挖坡体在应力松弛情况下，其变形、损伤均是一个逐渐积累的过程，当变形或损伤达到一定程度后，坡体单元结构会发生明显的破坏或损伤发生突变。边坡土体的变形模量是其抗变形能力的一个综合反映，因此进行了基于边坡土体变形模量的损伤分析，提出把引起边坡单元发生损伤突变的围压作为确定强扰动区边界的判别标准，并给出了确定开挖边坡强扰动区范围的方法。施工时序是一个不断变化的过程，不同的开挖、支挡顺序对边坡岩土体变形有很大的影响，进而影响边坡稳定性。应用离心模型试验定量地分析了不同施工时序对边坡稳定性的影响，并直观地比较了边坡的变形破坏程度。数值计算分析了不同施工时序的作用机理：及时支护程度越高，坡体开挖面剪应力集中程度越低，坡面最大剪应力连通程度越差，从而有利于坡体稳定；及时支护，坡体单元应力历史(应力路径)过程为应力由大逐渐减小至平衡，而开挖完成后再支护(滞后支护)应力变化过程为先急剧降低，发生较大程度的应力松弛，随支护的进行应力逐渐增大至平衡，但最后应力值小于及时支护应力值，即滞后支护造成坡体发生较大的不可恢复损伤，坡体强度参数降低，且坡体开挖面剪应力集中程度大，结果对坡体稳定不利。坡体开挖及时支护有利于边坡稳定，但对于超高边坡开挖，及时支护由于受下级开挖应力调整影响，上级支护结构受力变大而可能失效。通过数值模拟分析，建议对于超高边坡上级开挖及时进行一定强度的临时支护，下级开挖后及时永久支护，开挖完成后根据坡体稳定性情况再进行上级永久支护，这样既能发挥类“新奥法”原理，又能保证坡体稳定，还可以降低坡体支护成本。我国西部山区环境脆弱，边坡开挖不但会对开挖坡体自身稳定性产生影响，而且还会造成临近坡体环境受到影响，即临近坡体受到开挖坡体变形或破坏的迁移式影响。本文首次研究了边坡开挖迁移式影响，通过离心模型试验得出了以下结论：原边坡稳定性较低，局部开挖后不支护或不及时支护容易造成临近坡体受迁移式影响发生大规模整体性破坏；稳定性较高坡体局部开挖，可能造成临近坡体形成坡顶弧形拉裂破坏；松散型边坡容易形成开挖面的浅层滑塌破坏并发展。工程中，对于低强度土质边坡和结构较差岩石边坡开挖必须考虑迁移式影响作用对临近坡体环境的影响；对于强度较高的土质边坡和结构完好的岩石边坡开挖，对临近坡体产生的迁移式影响较小，可以不考虑。开挖临时边坡在工程施工中大量存在，临时边坡失稳现象经常发生，降雨是临时边坡失稳的一个主要原因，应用离心模型试验研究了含水量变化对土质临时边坡影响，结果表明，土体含水量不同，土质临时边坡将发生两种破坏模式：一种是坡体含水量大，边坡发生整体性滑塌破坏；另一种是含水量小，边坡形成坡顶拉裂破坏。可采用造成边坡土体损伤发生突变的含水量进行判别两种破坏模式。边坡演化具有自组织特征，即随坡体开挖强度不断增大、边坡开挖后随时间的推移，其变形(不可逆流)与下滑力(不可逆力)逐渐呈非线性关系，即开挖边坡有利于自组织过程的形成。自组织的形成过程，就是坡体由无序变形趋势向有序发展或由较低的有序向较高的有序发展过程。熵是系统有序度的一种度量，应用信息熵定量地分析了边坡自组织过程的形成(减熵过程)，并提出了开挖边坡灾害防治对策：及时支护，阻断开挖坡体自组织过程的形成。
作者：	姚裕春
专业：	防灾减灾工程及防护工程
导师：	姚令侃
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2005
正文语种：	中文