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公路边坡灾害问题是影响公路交通的一个非常严重的问题,我国公路边坡地质灾害十分严重,而发育于软岩中的路堑边坡地质灾害尤为严重。在三叠系中统巴东组(T2b2)地层中发育有泥岩、粉砂质泥岩、泥质灰岩等软岩,这些岩石具有较弱的透水性、较强的亲水性,浸水之后岩体强度即软化,失水后很容易产生崩解等特征,其抗风化能力很差,在各种地质营力的作用下,经常导致边坡失稳。所以探索巴东组(T2b2)软质岩边坡的结构特性和变形失稳机制,为高速公路路堑边坡灾害的防治和边坡治理设计提供一定的理论基础,具有重要的理论价值和工程实际意义。
论文以杭兰高速巫奉段路堑边坡为研究对象,在进行详细的野外工程地质调查和分析既有资料的基础上,总结了研究区的工程地质条件,分析了区内边坡的基本特征和路堑边坡的时空分布特征;研究归纳了区内路堑边坡稳定性的影响因素,分析总结了区内路堑边坡的变形破坏模式;分析了典型斜坡王家屋场滑坡的监测成果,研究了该滑坡的变形破坏特征;通过分析王家屋场滑坡的工程地质条件,建立了王家屋场滑坡的地质概化模型,应用FLAC3D软件对王家屋场滑坡的变形破坏过程进行了数值分析,分别从边坡开挖前后的应力、应变状态,边坡开挖后的位移状态、应变速率和塑性区发展状态分析了该滑坡的变形破坏特征。综合论文的研究内容,取得了如下初步成果:
1、路堑边坡发育区地质环境与边坡发育特征分析
研究区内山高谷深,地形陡峻,植被发育,区域内褶皱发育较多,同时发育有数量较多的中小型断裂,导致了岩体节理裂隙发育,岩体结构较破碎,降低了边坡的稳定性。区内发育的岩质边坡和土质边坡数量大体相当,其中岩质边坡一般坡高较高,坡度较陡,均为大型高边坡;而土质边坡高度相对较低,坡度也较缓,发育规模也相对较小。受构成坡体地层岩性的影响,整个线路区内两端起始位置和线路中段,变形边坡发育较多,其余路段相对较少;受降雨等气候因素影响,多雨的夏季较其他季节边坡的变形破坏较严重。
2、岩石矿物成分分析
通过X射线衍射试验手段鉴定岩石的矿物成分,粉砂质泥岩中的蒙脱石、高岭土、伊利石等黏土矿物占整个矿物总成分的60%,属含黏土矿物高、水稳性差、亲水性大的一类岩石。粉砂质泥岩的饱水系数较大,对于含黏土矿物成分较多的岩石,这将使其吸水后膨胀,导致岩石强度明显下降。
3、区内变形边坡的稳定性影响因素
研究认为研究区内变形边坡的稳定性影响因素主要为:地形地貌、地层岩性、地质构造、结构面不利组合等内在因素对边坡稳定性的控制作用;地震、水和人类活动等外动力地质作用对边坡稳定性的促发作用。
4、区内变形边坡的变形破坏模式
本文结合前人的一些研究成果,研究了区内边坡的几种破坏模式。总结了主要发育于顺层边坡中的滑移-拉裂、滑移-压致拉裂、滑移-前端剪出和顺层滑移四种破坏模式的主要形成条件和破坏作用机制;应用赤平投影原理研究了区内结构面不利组合控制的楔形体破坏模式,认为在爆破等外动力作用下,结构面控制的楔形体破坏是区内较硬岩的主要破坏模式;分析了研究区内的反倾路堑边坡的变形破坏过程的三个阶段:倾倒-滑移-弯曲。
5、典型斜坡王家屋场滑坡变形监测分析
通过对地表位移监测结果分析认为,王家屋场滑坡中部的变形趋势大于滑坡后缘,而后缘又大于滑坡前部;地裂缝监测结果表明滑坡后缘广泛发育有平行于滑坡后缘开口线的张拉裂隙,而滑坡中前部则有由于不等速滑移而形成的剪切裂隙;深部位移监测结果表明,王家屋场滑坡的滑面位于第四系的残破积土层中,主滑面处的主监测剖面上的四个测斜孔监测资料表明位于滑坡中部的2#、3#监测孔位移最大,后缘1#监测孔次之,前缘4#监测孔位移最小。横向比较主监测剖面的累计位移明显大于副监测剖面的累计位移,且滑面埋深深度也明显大于副监测剖面的埋深深度。分析认为该滑坡属于滑移-拉裂型变形破坏模式。
6、典型斜坡王家屋场滑坡变形过程数值模拟分析
应用有限元差分软件FLAC3D对王家屋场滑坡变形破坏过程进行模拟,从边坡开挖前后的应力、应变,以及边坡开挖后的塑性区和位移等方面来分析王家屋场滑坡的变形破坏过程。模拟结果认为:①边坡开挖前后的最大、最小主应力值变化不大,方向随坡面形态的变化而改变;②边坡开挖后出现了一定的应力集中现象,坡脚处的主应力值大多高于相应的坡顶处的主应力值,开挖坡脚处的应力主要以压应力为主:③边坡开挖后其剪应变增量主要分布在第二级边坡坡脚和第三级边坡坡顶交界位置处,表明了滑面的位置;④位移监测结果表明滑体的速度矢量明显大于滑床的速度矢量,滑坡前缘的水平位移大于后缘的水平位移大于滑坡中部的水平位移,与实际监测结果存在一定的出入。