库岸公路碎裂岩质高边坡稳定性研究
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摘要
基于西部山区大量的公路建设工程实际经验,利用秦巴山区丰富的岩质高边坡工程资料和国内外同类研究成果,以安康至陕川界高速公路为依托工程,通过大量的现场地质调查、室内外试验、理论计算、数值模拟、现场监测等方法,对库岸公路碎裂岩质高边坡稳定性展开了较系统的研究,取得了以下研究成果：
1、对卧狮梁岸坡岩样进行了电镜扫描,结果表明,岩石微结构是含有大量孔隙的岩石微粒和裂隙系统组成的孔隙-裂隙结构。其中,页岩岩样结构比较均一,整体结构相对密实；软弱夹层碎屑岩岩样结构疏松,碎裂严重。
2、对卧狮梁岸坡岩样进行了MTS室内试验。针对页岩和碎屑岩软弱夹层,在干燥状态和饱水状态下分别进行了12个岩样的单轴试验和15个岩样的三轴试验,结果表明,该岸坡岩石均属于水敏性岩石,抗压强度受水因素影响比较严重,且两种岩样的应力-应变线性相关性均很差。
3、进行了渗压效应下岩质岸坡极限破坏角推导。根据依托工程地质状况,当岸坡滑动面处于饱水状态时,考虑滑面渗水压力,建立了渗压效应下岩质岸坡的滑动简化模型,推导出渗压效应下岩质岸坡极限破坏角,得出坡高、坡角和极限破坏角之间的关系。
4、建立了库岸公路岩质高边坡模糊判断矩阵模型,结合层次分析法对卧狮梁岸坡进行了稳定性分析；考虑到滑动面水的渗压效应,以及坡体开裂后,后缘裂隙水压力对滑坡体稳定性的影响,建立了岩质岸坡尖点突变理论模型,对卧狮梁岸坡进行了稳定性计算；以Mohr-Coulomb强度理论为基础,利用刚性极限平衡法求导了该岸坡的安全系数。三种方法计算结果均表明该岸坡开挖后处于不稳定状态。
5、利用FLAC软件分析了卧狮梁岸坡在不同防护状态下的稳定性,结果表明,坡体在无防护时处于不稳定状态；坡体在锚索、锚杆框架梁防护条件下,安全系数略有提高,但软弱夹层滑动面可能上部剪切滑出；坡体施加抗滑桩加固措施后整体稳定,但处于蠕动变形状态,可能会发生局部失稳。
6、采用GPS坡表位移监测与埋设钢筋计坡体深部位移监测相结合的方法对卧狮梁岸坡进行了现场监测,通过对监测数据的分析,结合计算及模拟结果,对卧狮梁岸坡进行了稳定性评价及预测。
Based on the practical experience of plentiful highway construction projects in western mountainous areas, abundant concrete data of the rocky high slope in Qinling and Bashan Areas and the expressway between An'kang and Shaanxi-sichuan boundary, the cataclasite rock high slope of reservoir banks highway is studied by plenty of geological surveys, tests, theoretical computation, numerical simulation, field monitoring. The main findings are as follows:
1、SEM test on the rock sample of Woshiliang slope.The SEM test shows that the microstructure of the rock is a pore-fracture structure full of a large number of pore rock particles and fissure system. The structure of the shale sample is very uniform and its monolithic structure is relatively dense. But the clastic rock structure of soft interlayer is loose and cataclastic seriously.
2、MTS test on the rock sample of Woshiliang slope.12uniaxial tests and15triaxial tests are done to shale and soft interlayer sandstone of clastic rocks respectively under the conditions of dry and saturated. The results shows the two are all belong to water sensitivity rock, so the compressive strength of the rocks is greatly influenced by water, and the stress-strain linear correlation of the rocks is very poor.
3、Derive the ultimate failure angle under seepage pressure effect of rock slope.Based on the engineering geological condition, when the sliding surface of slope body is in a saturated state, simplified sliding model under seepage pressure effect of rock slope is established, considering water seepage pressure of the sliding surface. The ultimate failure angle under seepage pressure effect of rock slope is derived, and the relationship among slope height, angle and ultimate failure angle are also gained.
4、Fuzzy judgment matrix model is established, and the stability of Woshiliang slope is analyzed by the above model and analytic hierarchy process. Cusp catastrophe theory model is established and the stability of Woshiling slope is calculated, considering about the water seepage pressure effect of sliding surface and the influence of edge fracture water pressure on slip mass stability after slope cracking. Based on more-coulomb strengthen theory, the stability of Woshiliang slope is analyzed by rigid limit equilibrium method. Finally, the consistent result by three methods shows that the slope is unstable after excavating. The comparison of the three methods indicates that cusp catastrophe theory has obvious practicability in calculating the stability of rock slope with complex factors.
5、The stability of Woshiliang slope under different protection states is analyzed by FLAC. The result shows that the slope is unstable with no protection; the safety factor of slope is slightly increased with anchor bolt frame beams, but the sliding surface of soft interlayer may shear and slide out; the slope is in the state of creep deformation with anti-slide pile, and it is stable. Slope is overall stable after being imposed anti-slide pile reinforcement measures, but in the state of peristalsis deformation, may have local instability.
6、Woshiliang slope is monitored by the following two ways:Slope surface displacement monitoring with GPS and slope deep displacement monitoring with reinforcement meter. According to the analysis on the monitoring data, together with calculation and simulated results, the stability of Woshiliang slope is evaluated and predicted.
1、对卧狮梁岸坡岩样进行了电镜扫描,结果表明,岩石微结构是含有大量孔隙的岩石微粒和裂隙系统组成的孔隙-裂隙结构。其中,页岩岩样结构比较均一,整体结构相对密实；软弱夹层碎屑岩岩样结构疏松,碎裂严重。
2、对卧狮梁岸坡岩样进行了MTS室内试验。针对页岩和碎屑岩软弱夹层,在干燥状态和饱水状态下分别进行了12个岩样的单轴试验和15个岩样的三轴试验,结果表明,该岸坡岩石均属于水敏性岩石,抗压强度受水因素影响比较严重,且两种岩样的应力-应变线性相关性均很差。
3、进行了渗压效应下岩质岸坡极限破坏角推导。根据依托工程地质状况,当岸坡滑动面处于饱水状态时,考虑滑面渗水压力,建立了渗压效应下岩质岸坡的滑动简化模型,推导出渗压效应下岩质岸坡极限破坏角,得出坡高、坡角和极限破坏角之间的关系。
4、建立了库岸公路岩质高边坡模糊判断矩阵模型,结合层次分析法对卧狮梁岸坡进行了稳定性分析；考虑到滑动面水的渗压效应,以及坡体开裂后,后缘裂隙水压力对滑坡体稳定性的影响,建立了岩质岸坡尖点突变理论模型,对卧狮梁岸坡进行了稳定性计算；以Mohr-Coulomb强度理论为基础,利用刚性极限平衡法求导了该岸坡的安全系数。三种方法计算结果均表明该岸坡开挖后处于不稳定状态。
5、利用FLAC软件分析了卧狮梁岸坡在不同防护状态下的稳定性,结果表明,坡体在无防护时处于不稳定状态；坡体在锚索、锚杆框架梁防护条件下,安全系数略有提高,但软弱夹层滑动面可能上部剪切滑出；坡体施加抗滑桩加固措施后整体稳定,但处于蠕动变形状态,可能会发生局部失稳。
6、采用GPS坡表位移监测与埋设钢筋计坡体深部位移监测相结合的方法对卧狮梁岸坡进行了现场监测,通过对监测数据的分析,结合计算及模拟结果,对卧狮梁岸坡进行了稳定性评价及预测。
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1、SEM test on the rock sample of Woshiliang slope.The SEM test shows that the microstructure of the rock is a pore-fracture structure full of a large number of pore rock particles and fissure system. The structure of the shale sample is very uniform and its monolithic structure is relatively dense. But the clastic rock structure of soft interlayer is loose and cataclastic seriously.
2、MTS test on the rock sample of Woshiliang slope.12uniaxial tests and15triaxial tests are done to shale and soft interlayer sandstone of clastic rocks respectively under the conditions of dry and saturated. The results shows the two are all belong to water sensitivity rock, so the compressive strength of the rocks is greatly influenced by water, and the stress-strain linear correlation of the rocks is very poor.
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4、Fuzzy judgment matrix model is established, and the stability of Woshiliang slope is analyzed by the above model and analytic hierarchy process. Cusp catastrophe theory model is established and the stability of Woshiling slope is calculated, considering about the water seepage pressure effect of sliding surface and the influence of edge fracture water pressure on slip mass stability after slope cracking. Based on more-coulomb strengthen theory, the stability of Woshiliang slope is analyzed by rigid limit equilibrium method. Finally, the consistent result by three methods shows that the slope is unstable after excavating. The comparison of the three methods indicates that cusp catastrophe theory has obvious practicability in calculating the stability of rock slope with complex factors.
5、The stability of Woshiliang slope under different protection states is analyzed by FLAC. The result shows that the slope is unstable with no protection; the safety factor of slope is slightly increased with anchor bolt frame beams, but the sliding surface of soft interlayer may shear and slide out; the slope is in the state of creep deformation with anti-slide pile, and it is stable. Slope is overall stable after being imposed anti-slide pile reinforcement measures, but in the state of peristalsis deformation, may have local instability.
6、Woshiliang slope is monitored by the following two ways:Slope surface displacement monitoring with GPS and slope deep displacement monitoring with reinforcement meter. According to the analysis on the monitoring data, together with calculation and simulated results, the stability of Woshiliang slope is evaluated and predicted.
引文
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