勉寧公路沿線邊坡軟巖力學特性及其穩(wěn)定性研究.pdf

1、陜西省南部勉縣-寧強地區(qū)溝谷縱橫，廣泛分布著寒武系、奧陶系、志留系的地層，巖性主要以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖等為主，在公路建設過程中山區(qū)公路軟巖邊坡問題比較突出。隨著國家西部開發(fā)戰(zhàn)略計劃的實施，這就迫切地需要對山區(qū)公路軟巖問題進行系統(tǒng)研究，本文結合陜南勉縣-寧強高速公路山區(qū)沿線公路軟巖邊坡，分析公路軟巖邊坡巖體賦存地質(zhì)條件，研究該地區(qū)山區(qū)公路軟巖邊坡的工程地質(zhì)條件和邊坡變形破壞地質(zhì)力學模式。通過對組成邊坡的軟巖流變試驗，確定流變力學模型中的巖石

2、材料參數(shù)，建立符合實際的邊坡流變力學模型。從工程地質(zhì)基礎、軟巖流變特征、軟巖邊坡穩(wěn)定性分析與評價等方面，系統(tǒng)地研究山區(qū)公路典型軟巖邊坡流變特征及其軟巖邊坡的穩(wěn)定性問題。研究成果主要包括： （1）在充分研究軟巖邊坡工程地質(zhì)環(huán)境的基礎上，采用顯微鏡和浸水試驗的方法，對軟巖巖樣宏觀裂隙發(fā)育過程進行了研究，并分析了影響巖石裂隙發(fā)育的主要因素和泥巖破壞面形成的微觀原因。依據(jù)巖樣室內(nèi)試驗研究，闡述了軟巖的巖體物理力學性質(zhì)。利用回彈儀，在野外

3、對巖石進行了測試，提出巖石回彈值與巖石強度的相關方程，并根據(jù)巖石回彈值對勉寧高速公路沿線巖石強度進行了分級。 （2）依據(jù)勉寧高速公路沿線軟巖邊坡特征，分別采用邊坡巖體質(zhì)量RMR方法和分形方法進行了巖體質(zhì)量評價，以此為基礎，提出一個以巖體節(jié)理分布的分維數(shù)D為分級指標，并根據(jù)室內(nèi)外波速測試的結果，對于不同的邊坡巖體質(zhì)量分級提出了相應的分形損傷參數(shù)。 （3）分析沿線公路邊坡的巖性特征、巖石風化程度及結構面的特性等，將研究區(qū)域的

4、軟巖邊坡變形破壞地質(zhì)力學模式歸納為5種。在47處軟巖邊坡中，滑移-壓致拉裂變形模式1處，占邊坡總數(shù)的2.12％；彎曲一拉裂變形模式32處，占邊坡總數(shù)的68.1％；滑移-拉裂變形模式4處，占邊坡總數(shù)的8.5％；蠕滑-拉裂變形模式6處，占邊坡總數(shù)的12.8％；滑移-彎曲變形模式4處，占邊坡總數(shù)的8.5％。軟巖邊坡以彎曲-拉裂變形模式為主，該類邊坡破壞形式主要為傾倒、潰屈破壞、崩塌、滑塌等。 （4）三軸壓縮蠕變試驗表明，Burgers

5、模型能更好地描述勉寧高速公路軟巖受力后的力學特性，特別是其長期蠕變特征；利用試驗結果，分析確定了Burgers模型本構方程中各參數(shù)的數(shù)值。根據(jù)軟巖試樣難以制備的現(xiàn)狀，分別設計方形和圓柱體試驗試樣，進行三軸流變壓縮模擬計算，探討不同形態(tài)試驗試件對巖體蠕變變形特征的影響規(guī)律。即：立方體試件的應變量數(shù)值整體小于圓柱體試驗試件的應變量數(shù)值。在低圍壓狀態(tài)下（1～5MPa），兩者數(shù)值相差較小，約5～10％之間，在高圍壓狀態(tài)下（10MPa），兩者相差

6、較大，約10～30％之間。 （5）根據(jù)三軸壓縮試驗結果，選擇典型軟巖高邊坡，分別進行軟巖邊坡三維流變數(shù)值模擬計算和分形巖體損傷特征的三維流變模擬計算，考慮地下水的作用，分析與研究了軟巖邊坡開挖過程和邊坡形成后蠕變期在上述兩種狀態(tài)下的應力、應變、塑性區(qū)以及主要影響因素、破壞形式等規(guī)律，并計算了不同狀態(tài)下的安全系數(shù)。 （6）針對軟巖邊坡破壞的不同形式，利用極限平衡法計算本區(qū)部分邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，定量評價軟巖邊坡的穩(wěn)定性。采用B