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在建的宜巴高速公路第29合同段舒家槽特大桥地处巴东县沿渡河镇舒家槽村二组至六组境内,该大桥的7#至14#墩位于斜坡上,该斜坡属于长大顺层岩质斜坡,其变形破坏复杂、稳定性较差。这对施工进度和斜坡下居民生命财产有较大的影响。因此,需要对斜坡的变形破坏机理和稳定性进行分析研究,为斜坡的治理设计提供可靠的依据。本文以该斜坡为研究对象,分析其可能发生的变形破坏机理并对斜坡的稳定性进行研究。本文深入调查了工作区的地形地貌、地层岩性、地质构造和水文地质条件,并分析斜坡的岩体结构特征。该斜坡节理裂隙十分发育、有溶蚀现象、层间含有粉质粘土软弱夹层及现场施工开挖等,这些都直接或间接降低了斜坡的稳定性,导致斜坡变形破坏。经过分析,该斜坡主要存在的变形破坏模式有:崩塌、滑移拉裂破坏、滑移弯曲破坏、滚石。本文通过总结并采用前人的研究成果,以现场的地质调查为基础,利用数值模拟、梁板理论、可拓学理论等方法相结合,对桥基斜坡的变形破坏机理和稳定性进行分析研究。并对这几种方法进行相互比较,验证其合理性。本文的主要研究内容及其相关成果如下:
1、通过野外的地质调查,得到斜坡岩土体的基本特征和岩体结构特征及其组合类型。斜坡坡长约为230m左右,坡高约为170m左右,斜坡的倾向为185°,坡角为28°~42°,岩层产状为160°~180°∠28°~40°,根据斜坡形态特征,把斜坡分为三个区。综合以上各种因素将该斜坡定义为长大顺层岩质斜坡。
2、研究斜坡的外貌特征、地质特征、岩体结构特征,得出影响该斜坡稳定性的主要因素可以分为内因和外因。内因主要包括:岩层倾角、地层岩性、结构面;而外因主要包含:水、斜坡开挖、爆破震动、风化、时间效应等。并深入分析该斜坡岩体结构的变形特征,研究斜坡的变形破坏机理。该斜坡风化卸荷张拉裂隙十分发育,斜坡岩层还出现了蠕变现象,岩层间有明显错动,经过分析斜坡的变形破坏主要有:崩塌、滑移拉裂破坏、滑移弯曲破坏、滚石。
3、应用UDEC程序对斜坡进行数值模拟,研究斜坡的变形破坏机理。再现了该斜坡的变形破坏过程。本文主要模拟两种变形破坏模式:滑移拉裂破坏、滑移弯曲破坏。模拟滑移拉裂破坏时发现,斜坡岩体被节理切割成的块石,沿着软弱层面向斜坡开挖形成的临空面发生滑移,在29标施工便道处,出现了块体沿多个岩层层面发生滑动破坏,这与2010年7月该处现场发生的破坏完全一致;模拟滑移弯曲破坏时发现斜坡在离坡顶160米处,发生滑移弯曲变形。而现场调查发现发生层间错动岩层的位置是离坡顶165米处,与现场实际情况进行对比分析,得出模拟的结果与实际十分相符合,研究结果证实滑移弯曲变形的可能发生。综上所述,离散单元法对顺层岩质斜坡进行数值模拟是十分有效的。
4、运用梁板理论分析斜坡滑移弯曲变形破坏的机理。分别计算出斜坡在天然工况、暴雨工况、暴雨+地震工况下的临界坡长,临界坡长分别为:183米、170.5米、53.3米。与现场情况和数值模拟的进行对比。发现暴雨和地震对斜坡临界长度有较大的影响。
5、运用可拓理论对斜坡的稳定性进行半定量的分析,首先把稳定性分为五个等级:非常稳定、较稳定、稳定、不稳定、和极不稳定。再列出影响斜坡稳定性因素:斜坡坡高、坡角、滑动面倾角、软弱夹层的粘聚力、软弱夹层的内摩擦角、地震烈度、降雨、弹性模量、岩石的重度等,把这些作为评价指标。通过可拓学进行分析。运用层次分析法计算权重。最后得出斜坡处于极不稳定的状态。