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原文传递红层路堑边坡失稳机理及加固防护技术研究

论文题名：	红层路堑边坡失稳机理及加固防护技术研究
关键词：	红层路堑边坡;随机模糊统计法;近水平红层;倾斜红层;变形破坏机理;锚杆框架地梁;地质力学模型试验;高速公路;岩土工程
摘要：	本文以南渝、安楚高速公路的典型红层路堑边坡的研究对象，在广泛的地质资料调研和工程地质特性分析的基础上，采用理论研究、数值分析和大型地质力学模型试验，对红层路堑边坡变形破坏机理、稳定性分析及加固防护措施进行了深入系统的研究。同时利用大量岩样的室内试验和现场试验，研究了红层岩体力学参数的选取原则。通过理论分析和试验研究，得出的主要结论和研究成果如下： (1)根据红层路堑边坡的工程地质特征，按坡体结构将边坡分为近水平、倾斜和上覆堆积层三大类。按岩性组合和结构体特征又将近水平边坡细分为软质泥岩为主的岩体结构、砂泥岩互层的软硬相间的岩体结构、巨厚层砂岩为主的岩体结构，不同岩性组合的近水平边坡破坏机理共有8种；根据岩层倾向和边坡倾向的关系将倾斜边坡岩体结构进一步划分为为顺层、反倾和斜交边坡三个亚类，其中的顺层边坡破坏机制主要为完全平面顺层—滑移型、滑移—拉裂型和滑移—弯曲型三种，反倾边坡的失稳过程分为弯曲—倾倒—滑移三个阶段，斜交红层边坡的破坏形式可分为阶梯状顺层滑塌、阶梯状顺节理滑塌和楔形滑塌三种。 (2)提出了红层岩体力学参数选取原则。①通过对试验结果和收集的资料分析，对红层岩石、结构面的力学性质、水理及风化特性有了较为完整的认识；②系统阐述了利用H-B公式计算节理岩体力学参数，研究了BQ指标与RMR指标之间的关系，总结出了利用BQ指标估算岩体弹性模量的经验公式。③结合红层边坡坡体结构和红层的特殊力学性质，提出了红层岩体力学参数的选取方法。边坡岩体所含结构面在4组以下者，主要根据不同地区岩块和结构面力学参数试验值的随机模糊统计结果来选取；而边坡岩体中结构面组数在4组以上者，则应用Hoek-Brown经验强度准则来确定整个节理岩体的综合力学参数。 (3)近水平红层路堑边坡稳定性研究。用数值方法对近水平红层中砂泥岩软硬互层边坡开挖变形机理进行分析；对拉裂崩塌破坏采用岩石的抗拉强度对其稳定性进行评价；对后缘陡倾节理发育的平推式滑坡的稳定性评价方法进行了研究，得出了当节理里面充满水时，裂缝位于坡顶线的位置时边坡具有最小的稳定性系数的结论。 (4)倾斜红层路堑边坡稳定性研究。建议先用赤平投影图对倾斜红层边坡失稳模式做出快速、定性的判断。并给出了双坡面临空的边坡破坏时，其结构面的赤平投影图的关系；对倾斜红层边坡中各种破坏模式下的稳定性评价的要素进行了研究，从应力场分析的角度提出了顺层-滑移型破坏其拉裂长度的计算方法，提出了考虑开挖效应下反倾红层路堑边坡弯曲折断应力和折断长度的计算方法，给出了计算楔形体破坏模式边坡在两结构面摩擦角不同的情况下稳定性系数的极限平衡法和塑性力学上限解法。 (5)红层高边坡分级开挖下的稳定性研究。以数值方法分析了设置平台对边坡整体稳定性的影响和在地形条件允许的情况下在坡体中部宽平台的合理设置进行了探讨，得出了边坡分级设台阶开挖的稳定性系数略高于一坡到顶开挖，以及平台设置宽度达到一定值时边坡上下级开挖产生的松弛区互不影响的结论。 (6)研究了框架地梁的内力计算方法。根据锚索和锚杆地梁受力模式的不同，给出了求解单片梁内力的解析法，同时分别提出了锚索框架地梁的框架梁整体不拆分的Winkle弹性地基模型和锚杆框架地梁的锚杆节点弹性支承的整体框架地梁模型，并结合算例用有限元方法分析了框架地梁的内力。 (7)大型地质力学模型试验研究结果表明：软硬互层的近水平红层边坡的破坏主要是由降雨下渗引起的，与工程地质调查和数值分析得到的失稳破坏机理是一致的。坡体中部设置宽平台后松弛区范围的试验结果验证了本文有关宽平台的设计理论；倾斜红层坡面框架梁上的内力进行测试结果与本文的理论计算结果也基本一致。
作者：	周应华
专业：	岩土工程
导师：	周德培
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文