山區(qū)高等級公路高邊坡穩(wěn)定性及動態(tài)設(shè)計的地質(zhì)工程研究.pdf

1、山區(qū)高速公路高邊坡穩(wěn)定性問題已成為威脅施工安全，制約工程進度，影響安全運營的關(guān)鍵技術(shù)問題。雖然在勘察和設(shè)計階段均對邊坡穩(wěn)定性進行了研究，但由于我國現(xiàn)階段公路工程勘察設(shè)計的特點，許多邊坡地質(zhì)問題在勘察和設(shè)計階段很難暴露出來，迫切需要一套適合山區(qū)高速公路的高邊坡動態(tài)支護設(shè)計理論和方法體系。本文通過對湯屯高速公路大量高邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征和變形破壞模式研究，遵循定性分析與定量評價相結(jié)合的基本學術(shù)思想，系統(tǒng)總結(jié)了公路邊坡主要支護措施及其適用條件，提

2、出了基于支護的邊坡地質(zhì)工程分類方案，在此基礎(chǔ)上，對不同類型的邊坡穩(wěn)定性評價方法及支護方案進行優(yōu)選，得出適合不同類型邊坡的穩(wěn)定性評價方法及支護方案，并通過邊坡監(jiān)測反饋分析實現(xiàn)邊坡動態(tài)設(shè)計及信息化施工。 論文以研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件為背景，從施工期高邊坡地質(zhì)條件調(diào)查復核入手，以邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征和變形破壞模式為主線，以邊坡穩(wěn)定性評價為基礎(chǔ)，對高邊坡施工期動態(tài)設(shè)計工作進行系統(tǒng)總結(jié)，細化、深化邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征調(diào)查、變形破壞模式分析、基于支護的

3、地質(zhì)工程分類、支護設(shè)計適宜性評價、監(jiān)測反饋等相關(guān)工作的方法、過程，并以研究區(qū)內(nèi)塊狀、板裂兩類特殊巖體結(jié)構(gòu)高邊坡為例進行深入分析，進行全過程動態(tài)設(shè)計研究。通過這些工作，以期獲得一套基于地質(zhì)工程原理，具有一定理論意義并可指導工程實踐的高速公路高邊坡穩(wěn)定性評價及動態(tài)設(shè)計的研究方法、工作流程。 通過上述研究，在邊坡地質(zhì)工程分類、穩(wěn)定性評價方法及動態(tài)支護設(shè)計方面取得了一定的進展，主要包括： (1)針對山區(qū)高等級公路的地質(zhì)復雜性和公

4、路建設(shè)過程中對邊坡穩(wěn)定性評價的要求，基于地質(zhì)過程機制分析和變形控制的基本思想，提出了一套山區(qū)高等級公路高邊坡穩(wěn)定性評價和動態(tài)設(shè)計的地質(zhì)工程分析理論和評價方法。即：以邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征和變形破壞模式研究為基礎(chǔ)，以服務(wù)于支護設(shè)計的邊坡地質(zhì)工程分類為核心，通過對不同結(jié)構(gòu)類型邊坡穩(wěn)定性評價方法及支護設(shè)計方案的優(yōu)選，建立了一套適合山區(qū)高速公路高邊坡動態(tài)支護設(shè)計的理論和方法體系，形成了“地質(zhì)條件詳細調(diào)查-巖體結(jié)構(gòu)現(xiàn)場描述-邊坡變形破壞模式分析-基于地

5、質(zhì)過程的定性與定量穩(wěn)定性評價-災害控制與支護優(yōu)化設(shè)計-監(jiān)測反饋分析”的工作方法，發(fā)展了針對高邊坡具體地質(zhì)條件的非模式化優(yōu)化設(shè)計的理念和方法。 (2)系統(tǒng)研究了適于邊坡穩(wěn)定性評價和支護設(shè)計的巖體結(jié)構(gòu)評價方法。建立了適合山區(qū)公路邊坡的巖體結(jié)構(gòu)分類方案，將巖體結(jié)構(gòu)分為塊狀結(jié)構(gòu)、次塊狀結(jié)構(gòu)、碎塊狀結(jié)構(gòu)、碎裂結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)；根據(jù)公路邊坡的特點，建立了結(jié)構(gòu)面分級和現(xiàn)場描述體系，將結(jié)構(gòu)面分為三類，控制性軟弱結(jié)構(gòu)面、一般性軟弱結(jié)構(gòu)面和裂隙類結(jié)

6、構(gòu)面；在此基礎(chǔ)上研究了邊坡巖體結(jié)構(gòu)分區(qū)的方法。 (3)在邊坡主要支護措施總結(jié)及其適宜性研究的基礎(chǔ)上，通過對滑坡體、潛在圓弧形破壞、深部塊體失穩(wěn)、淺表層塊體失穩(wěn)四種常見類型邊坡的支護方案設(shè)計研究，系統(tǒng)總結(jié)了邊坡支護設(shè)計方案和對應的具體支護措施，按照支護措施特點和支護工程強度將邊坡的支護方案類型劃分為削方減載、強支護、弱支護、坡面防護四種類型，并研究了各種支護方案的適用范圍。 (4)建立了基于支護的邊坡地質(zhì)工程分類方案。根據(jù)

7、邊坡的巖體結(jié)構(gòu)特征和變形破壞模式將邊坡分為塊狀結(jié)構(gòu)邊坡、板裂結(jié)構(gòu)邊坡、碎裂結(jié)構(gòu)邊坡和散體結(jié)構(gòu)邊坡，分別研究了各類邊坡形成的地質(zhì)條件、影響穩(wěn)定性的因素、主要變形破壞模式，并研究了它們對應的邊坡支護方案和具體支護措施，有利于在公路施工過程中根據(jù)邊坡類型快速選擇支護設(shè)計方案。 (5)對湯屯高速公路沿線分布較廣的塊狀結(jié)構(gòu)巖體邊坡，在塊體理論的基礎(chǔ)上，建立了基于運動學原理的離散元模擬技術(shù)的關(guān)鍵塊體搜索方法和基于塊體理論的關(guān)鍵塊體穩(wěn)定性評價

8、方法，即采用離散元方法確定關(guān)鍵塊體，再利用基于強度理論的塊體穩(wěn)定性分析方法評價關(guān)鍵塊體穩(wěn)定性，然后根據(jù)邊坡巖體結(jié)構(gòu)特征及變形破壞模式提出設(shè)計方案和具體支護措施，最后利用離散元方法評價支護后邊坡穩(wěn)定性狀況，并通過監(jiān)測反饋分析實現(xiàn)動態(tài)設(shè)計，發(fā)展了塊狀結(jié)構(gòu)邊坡穩(wěn)定性評價及支護設(shè)計方法。 (6)首次對皖南山區(qū)古老板裂化變質(zhì)巖邊坡的形成機制和失穩(wěn)模式進行系統(tǒng)研究，并提出針對性的穩(wěn)定性評價方法和支護設(shè)計對策。研究區(qū)板裂巖體邊坡主要有順層和反