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山区公路建设不可避免地遭遇大量的路堑边坡工程技术问题,在边坡工程建造的勘察、设计与施工等每一个阶段都存在不确定因素,造成与边坡工程相关的设计计算理论、稳定性分析评价方法等方面的研究尚不完善,而这些技术问题都涉及到对边坡变形的认识与控制的研究。因此,研究边坡变形的历时发展规律(包括施工开挖过程中的变形特征与演化规律及开挖完成后的长期历时变形规律),对完善边坡工程安全监测技术及其坡体稳定性评估方法具有现实意义与指导价值。本学位论文以边坡开挖卸荷力学理论和边坡岩土体蠕动变形理论为基础,结合在福建山区高速公路边坡工程建设过程中开展的大量深孔位移监测数据成果,对路堑边坡变形的历时状态与发展规律进行研究,并探讨了边坡安全监测的评估方法,主要研究进展与创新如下:
1.基本厘清了路堑边坡的工程分类,基于路堑边坡工程实践的特点与要求,归纳提出了土质边坡、岩质边坡、二元结构边坡的变形破坏模式和边坡孕育发展规律。
2.研究分析了边坡开挖卸荷的应力变化特征与应力分布规律,明确了边坡开挖卸荷松弛的力学本质,即开挖卸荷造成开挖坡面附近的一定区域或范围内其应力水平急剧降低,或解除、释放、或调整至某一新的平衡的应力水平。并分析了场区内的特征点位随着分级开挖进程的应力变化历程及各特征点位之间的相对变化特征。
3.研究分析了边坡开挖卸荷的变形发育特征与动态发展规律,揭示了边坡开挖历时不同稳定性状态的坡体变形特征,坡体稳定度较高时(FOS>1.2)变形曲线常呈现D型,稳定度逐渐降低,变形曲线则由D型向P型变形曲线演化过渡;并归纳了不同坡体类型与结构面特征等因素对坡体变形规律的作用与影响。
4.基于边坡蠕变的本质特征,明确了边坡蠕变与岩土蠕变两个概念的区别与联系。提出了边坡蠕变的定义:坡体在自重应力以及水平应力为主的构造应力场作用下,并经受开挖卸荷、大气降雨等触发因素的影响,长期经受各种地质营力的作用,致使坡体的变形随着时间持续增加的性质为边坡蠕变。
5.研究分析了边坡工程安全监测体系及其实施技术方法,归纳了深孔测斜监测技术方法中的各种误差成因,提出了对应的误差消除策略;基于大量监测数据成果,总结了影响深孔位移监测曲线形态变化特征的各种因素,并提出了基于深孔位移监测曲线形态特征判识坡体稳定状态的实用技术方法。
6.在路堑边坡稳定性分析与评价的既有理论与方法的基础上,研究提出了基于动态监测技术的边坡安全监测评估方法,即包括在开挖施工过程中的坡体稳定性判识方法、在有防护加固条件下的坡体稳定性评估方法、以及边坡工后变形的稳定性判识方法,同时,研究总结了在各种边坡变形破坏类型条件下的位移监测曲线形态特征。