岩质高边坡稳定坡角确定方法及影响因素研究

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随着我国高速铁路、高速公路以及矿山的不断建设与发展,这些工程中的边坡问题正逐步由低缓边坡向高陡岩质边坡转变。稳定坡角的确定是边坡设计中的最为关键的问题,当前,主要方法是基于工程经验方法,而从理论的角度出发,对高陡边坡的稳定坡角及其边坡稳定性研究的成果还未见报道。本文在分析了岩质边坡稳定性影响因素以及破坏特征的基础上,基于块体极限平衡理论,假定岩质边坡的滑移破坏面为直线或折线,采用极限平衡法推导出了多种条件下高陡岩质边坡的最小安全系数及其对应的稳定坡角分析方法,并进一步对不同工况的边坡稳定坡角及边坡稳定影响因素进行了分析。具体的工作可分为以下几个部分:  (1)简要介绍了边坡稳定分析的发展历程,国内外研究边坡的常用方法大致可分为三种方法:定性分析法、定量分析法和半定量分析法。介绍了这三种方法的基本原理,及其优缺点等。  (2)从宏观的角度介绍了高陡岩质边坡的影响因素。主要包括地形地貌、地质构造、岩石性质、岩体结构、地下水、初始地应力场、振动作用、气象条件、边坡开挖形态、人为活动和坡面植被等。  (3)采用块体的极限平衡理论推导出单阶边坡的安全系数解析表达式,讨论安全系数各项来分析边坡的稳定性。通过安全系数解析表达式得出单阶岩质边坡在既定安全系数下的稳定坡角,并进一步分析影响边坡稳定坡角的因素规律。运用 FLAC3D数值分析软件对边坡稳定性进行分析,得出解析表达式与数值软件分析结果相近。  (4)通过分析二阶岩质边坡的稳定性,推导出二阶边坡的安全系数解析表达式,进而得出二阶岩质边坡在既定安全系数下的稳定坡角。并对比分析软件得出,二阶岩质边坡的安全系数与稳定坡角随一阶边坡的开挖宽度、开挖高度和开挖坡角的增加而减小。  (5)研究岩质边坡在桥墩荷载作用下边坡的稳定性。得出了在此条件下的安全系数与稳定坡角的解析表达式。得出岩质边坡的稳定坡角随着边坡既定安全系数、边坡岩体重度和集中力的增大,边坡稳定坡角线性减小。岩质边坡的安全系数随着边坡坡面桥墩荷载的增加而线性减小,通过理论分析的解析解与数值分析的结果趋势相近。  (6)分析岩质边坡坡面在桥墩荷载与边坡后缘处产生的拉裂缝,在降水或地下水等共同作用下对边坡的稳定性与稳定坡角的影响。得出了在此两种条件下的安全系数与稳定坡角的解析表达式,岩质边坡的稳定性与稳定坡角随着裂隙深度与桥墩荷载的增加而减小。
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