论文部分内容阅读
本文依托国家科技支撑计划课题“西南山区干线公路路基灾变过程控制理论与动态调控技术研究(编号:2015BAK09B00)”,针对西南山区软硬互层顺层岩质高边坡开挖诱发变形问题,以“岩石—层面—岩坡”为研究思路,采用了室内试验与数值模拟相结合,分析了砂岩及泥岩不同卸荷速率下力学指标变化规律,探究了接触面与薄层单元模拟层状岩体界面特性效用,讨论了层面参数、地质条件和一级及多级开挖方式对顺层岩坡应力变形分布及数值影响。具体研究工作及成果如下:(1)通过岩石试验,得到了不同应力状态下砂岩及泥岩破坏形式的差异性。抗拉强度试验,砂岩破裂面呈圆弧、竖直微裂缝及竖直宽缝状;泥岩破裂面呈弓形及竖直微裂缝状。三轴压缩试验,砂岩为压缩-剪切破坏,弹性模量随围压增加而增大;泥岩为张拉及压缩-剪切破坏,变形模量随围压增加先增大后减小。三轴卸荷试验,砂岩破裂面从斜直线过渡成“Y”型,为压缩-剪切-张拉破坏;泥岩为压缩-剪切破坏;围压随轴向应变曲线大多呈两段直线,偏应力呈三段直线。(2)卸荷条件下砂岩及泥岩力学指标随卸荷速率变化规律不趋一致。低围压时砂岩随卸荷速率增大呈先缓慢增大后趋于稳定,高围压时泥岩随卸荷速率增大呈先减小后增大。砂岩与泥岩最大卸荷比均处于0.5左右,且随卸荷速率增大先缓慢减小后缓慢增大。随卸荷速率增大,砂岩卸荷模量呈先减小后趋于稳定,变形模量随卸荷速率增大呈减小至稳定状态;泥岩卸荷模量呈先减小后增大趋势,变形模量随卸荷速率增大呈先减小后略微增大变化趋势。(3)采用接触面与薄层单元模拟岩层界面,探究了砂岩泥岩层面结构剪切特性。非线性阶段,接触面法所得应力应变曲线呈双曲线,薄层单元法中曲线达极限剪切强度后呈水平直线。两者均可模拟层面剪切特性,但前者难以模拟大开挖区域,后者所得数据存在离散性;因此,薄层单元方式更能体现开挖作用下层面剪应力分布。(4)开挖诱发坡脚应力集中,这引起了平台沿层面及坡面向临空面产生变形。开挖面水平向变形随层面剪切模量增大而减小,平台中点变形随泊松比增大而增加。开挖平台竖直向变形随岩层厚度增加而先增大后减小,层间应力锯齿状现象随岩层倾角增加而愈加显著,开挖卸荷变形影响区域也逐渐增大。开挖坡面水平向变形随开挖宽度增大呈先增大后减小趋势,其极值位于坡肩附近,竖直向变形呈减小趋势。开挖坡面及坡脚应力集中现象随开挖级数增多而逐步消除。