[博士]碎裂岩体路堑高边坡失稳机理及防治技术研究

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[博士]碎裂岩体路堑高边坡失稳机理及防治技术研究
  博士 碎裂岩体 路堑高边坡 失稳机理 地质力学模型试验 预应力锚索抗滑桩 预应力锚索框架地梁
   本文为西南交通大学博士学位论文(2006年5月1日)
   作者:曹兴松
   导师:周德培
   碎裂状岩体路堑高边坡的稳定性目前已成为工程界非常关注的问题,特别是在地质条件复杂的山区,该问题尤其突出。目前对于该问题的研究成果主要是设计和施工期间的稳定性分析和加固防护措施,而对于工后特别是复杂山区路堑边坡的工后滑坡失稳机理的研究工作做得较少,相应的成果不多,技术储备不够。
  为此本论文结合西部交通建设科技项目《川藏公路前龙段滑坡机理及整治技术研究》,以川藏公路为依托工程开展碎裂岩体路堑边坡失稳机理及防治技术研究。
  研究成果除直接应用于川藏公路路堑边坡的病害防治工程外,对于类似工程的设计施工以及工后病害防治也都有重要意义。
   首先对碎裂岩体路堑高边坡病害进行广泛调查,按照工程地质特征对病害模
  式进行分类,找出各类边坡病害的发生、发展规律。在此基础上,重点研究川藏公路前碉桥-龙胆溪病害工点,利用地质学、岩土力学等多学科的理论,研究典型工点的滑坡失稳机理。同时利用地质力学模型试验和数值计算分析方法对失稳机理加以验证,在此基础上提出有效的防治措施。取得的主要研究成果如下:
   1.总结出了碎裂岩体路堑高边坡的病害类型及其相互转换关系。
   这些病害中危害较大的是滑坡与错落、坍塌,分析了这些病害的特征和相互间的区别,指出了崩塌、错落、坍塌转变成滑坡的可能性和条件。影响碎裂岩质高边坡稳定性的因素较多,其中坡体结构对边坡病害的控制性、水的作用和工程因素对边坡稳定性的影响较大。
   2.提出了碎裂岩体路堑高边坡失稳机理、发生原因和演变过程,
   以川藏公路前龙段1#滑坡为典型实例,研究了1#滑坡的生成的原因主要是该工点坡体高而陡峭(自然坡度大于40°),岩体破碎,强度低、变形大。加上雨水渗透、龙胆溪下切等外界因素的影响,最终造成坡体失稳。失稳机理可概括为:龙胆溪下切→导致山体产生错落一在错落带内孕育了老滑坡的滑动带→老滑带贯通后产生滑坡趋势→老滑坡滑动后趋于稳定→在暴雨及泥石流的影响下老滑坡局部复活一产生l#滑坡。该碎裂岩体边坡造成的病害原遏是,错落在前,滑动在后,滑坡是由错落转换而成。滑体依附于错落体,滑动带依附于错落带。其演变过程如图3-4所示。1#滑坡先后经历了蠕动变形→加速滑动→间歇性运动→压密固结等几个发展过程。
  3.做了有多层滑带和雨水入渗改变其力学参数的大型地质力学模型试验。
   为了验证碎裂岩体路堑高边坡失稳机理,以l#滑坡为例,做了大型地质力学模型试验,该试验能模拟多层滑带和雨水入渗改变其力学参数的情况。试验结果表明在自然营力作用下,坡体的变形区域集中于后缘即公路上方附近的岩体至浅层滑带附近的岩体范围内,坡体变形的动力主要是岩体自身的重力挤压作用和浅层滑带的滑移作用,上部岩体的错落挤压在整个过程中始终起了主要作用。
   支挡结构有效抑制了中层、深层滑带的滑移变形所产生的对浅层岩体的牵引作用,大大削弱了桩后岩体的错落挤压作用对桩前岩体变形的影响。坡体的水平位移、竖向位移、滑带滑动变形都较自然状态大幅度减小。
   将数值分析结果于试验进行对比,发现二者揭示的坡体变形规律、主要的变形区域以及支挡结构的受力及其对坡体的支挡加固效果基本一致.
   4,对预应力锚索框架地梁的弹性地基梁的设计方法提出了改进意见,对节点荷载的分配建议采用按纵横梁刚度的分配法,给出了设计参数、地基抗力系数的取值方法。在碎裂岩体高边坡工程中采用抗滑桩时.建议根据锚固段岩土体的变形和强度特性,对抗滑桩分别采用弹性桩和刚性桩的计算方法。
   5.长桩和长锚索的半坡桩在国内外尚不多见,其设计计算理论及其相关问题都有待进一步研究。本文讨论了半坡桩设计中的有关问题,即半坡桩与坡脚桩的区别、半坡桩桩位的设置和桩前抗力处理方法。提出了考虑桩前岩土体稳定性的设桩位置的计算公式,以及桩前抗力确定的几条原则。
   6.提出了预应力锚索桩的设计计算应考虑其施工工序和桩的实际受力条件而采用分阶段的计算方法。建议抗滑桩施工完毕至锚索张拉到设计值的阶段,按弹性地基梁模型进行计算。铺索张拉完毕后滑坡推力逐渐作用到抗滑桩上的阶段,将滑面以上的桩段按桩顶弹性约束的静力承载结构计算,不再按弹性地基梁模型计算,而滑面以下的桩段仍应按弹性地基梁计算,此时作用于桩上的滑坡推力应考虑两阶段的情况加以修正。由此方法得出的结果与实测结果较为一致。
   7.提出了以桩间静力平衡条件、跨中截面强度条件以及拱脚处截面强度条件共同控制的确定桩间距的计算公式,定量说明了在其他因素不变的情况下,桩间距随桩后碎裂岩土体粘聚力或内摩擦角的增大而增大,随桩后坡体推力的增大而减小的情况。工程实例的计算结果表明,所确定的桩间距比较合理。
   8.提出了影响锚索预应力损失的8种因素,并针对这些因素提出了对策和补救措施。给出了各因素所造成的锚索预应力损失量,以及锚索体系预应力损失的简单而实用的计算方法。
  

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