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顺层边坡硬性结构面强度参数及工程技术研究

【摘要】: 结构面强度参数是工程地质问题研究的关键内容之一,其强度参数直接关系到边坡工程稳定性评价及剩余下滑力计算,并进而直接影响边坡处理措施,对工程进度、工程安全性、工程造价均起到最基本的决定性作用。在大量的工程实践和研究中,国内外学者已建立一套关于确定结构面强度参数的较为完整的预测体系,其主要围绕理论公式法、试验方法和工程类比法进行。然而近年来受测量手段和研究方法限制,该课题进展较缓慢。本文以拟建的广巴高速公路为典型实例,通过对硬性结构面的试验和精细测量等,开展对硬性结构面强度参数确定方法及研究区顺层边坡防护设计的研究,在理论和工程实践上均具有重要意义,在研究工作中取得了如下研究成果。 (1)通过对研究区边坡岩性特征、结构特征、力学特征和硬性结构面的精细测试,对岩体物质成分及物理力学性质进行分析,归纳总结出研究区边坡变形破坏模式及其主要影响因素。 (2)采用接触打孔原理,自主研制了实现硬性结构面精细测量的机械化测量仪器—接触打孔器,其大大提高了野外工作效率,并且对另外一种测量工具—曲线轮廓仪进行了改进,增强其灵活性,使得其使用更加便捷。 (3)通过对包括Barton推荐标准曲线在内的大量结构面起伏曲线矢量化分析,利用期望值的概念反映结构面起伏曲线粗糙度JRC,建立JRC与起伏曲线高度、坡度两个因素的经验公式,为Barton理论公式法快速预测结构面参数提供了充足条件,并用理论公式法预测成果与试验成果进行对比分析,结果表明,修正后的理论公式能够满足工程要求。 (4)通过寻找剪切方向上粗糙度JRC由各向异性转变为各向同性时的界限长度,以置信区间为判别标准,获得不同风化程度、不同岩性的尺寸效应界限长度,并推导了室内小型直剪试验成果与现场代表性强度参数的函数关系,使得室内试验更好地服务于工程实践。 (5)通过对结构面自身特征和赋存特征的分析,提取张开度、充填物、表面特征,地下水、地应力、工程开挖方式等9个要素,利用层次分析法赋权评分,建立结构面质量分级体系CSPQ(the Classification of Structural Plane Quality),依据评分得出结构面质量的级别,并提出了其相应的强度参数建议值,进而利用大量文献资料的百余个室内外试验成果对其效果验证。结果表明,该体系预测效果较好。 (6)在工程区岩体结构模型概化的基础上,采用FLAC3D、3DEC、底摩擦仪器对顺层边坡开挖过程进行有限元、离散元和物理模拟。并对不同强度参数和不同结构面形态下的应力分布进行了系统的分析和总结,总结归纳出在剪切过程中结构面上的剪应力分布规律,为结构面剪切破坏机理研究和边坡稳定性评价提供了基础资料和理论依据。 (7)在参数研究的基础上,提取对边坡稳定性起控制作用的结构面,对工程区典型边坡治理前后的稳定性进行对比评价,并提出优化处理方案,利用测斜仪对优化后的处理效果进行监测分析,结果表明,边坡处于稳定状态。

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