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本文探讨的裂缝着重指那些决定边坡立体规模的控制性裂缝,同时包括土质边坡、岩质边坡不同变形下的裂缝和裂隙。在不利条件及人类活动的影响下,边坡将随伴着裂缝的演变向不稳定方向发展。在不同时间阶段,由于裂缝的宽度、深度等几何特征不同,不同位置、不同深度的裂缝在天然条件和不利的水力条件下对应的坡体应力场、应变场不同,导致边坡变形范围、破坏规模大小,潜在破坏面的可能位置以及安全稳定状况存在差异,这些亟待解决的问题是边坡破坏机理、稳定性评价研究中的重要内容,也是与边坡防治息息相关的重要依据。本文在调查分析众多边坡和深入了解相关研究现状基础上,通过观测测试、理论分析对裂缝(隙)结构形态、力学强度、水力运动特性进行了研究,结合实际的土质、岩质边坡模型运用数值模拟方法对裂缝的相对位置、深度等特征以及裂缝的水力特性对边坡变形破坏的影响、边坡稳定性变化进行了多方面分析和研究,最后对发育裂缝(隙)的边坡防治工程措施及其防治效果进行研究。
本文的主要研究内容包括:
1、对坡体裂缝的类型及其分布特征进行归纳总结,给出了裂缝粗糙度、裂缝宽度、裂缝充填等决定裂缝力学特性和水流运动特性的重要特征的测试、计算方法。
2、对裂缝的力学性质、水流运动特性分析,对深部非贯通裂缝的抗剪强度计算公式进行了修正,提出了基于Jennings方法的非贯通裂缝抗剪强度修正模型;针对裂缝渗流与应力耦合特性,对边坡变形过程中裂缝在复杂加载条件下的非线性变形特征及渗透性变化进行了研究。
3、以实际边坡为模型,利用有限元数值模拟对在天然条件、渗流条件下土质边坡变形及稳定性进行研究,分析不同深度、不同空间布局裂缝下的边坡应力场、应变场的变化,边坡变形破坏特征以及稳定性演变。
4、采用有限元模拟方法对不同深度裂缝和不同位置的变形错动带相互作用下岩质边坡的失稳破坏进行分析。在天然条件下、静水压力作用下以及不同的渗透系数的渗流条件下模拟分析了裂缝的力学强度、水力特性对边坡变形、稳定变化的影响。
5、裂缝和裂缝中的入渗地下水对边坡的危害很大,为此,提出一些针对性的防治措施。利用坡体排水、裂缝注浆、预应力锚固等工程措施对改善边坡地下水渗流场、应力场、抑制坡体变形、提高边坡稳定性等方面的作用机理和效果进行评价。