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边坡稳定性问题一直是岩土工程界的一个重要研究内容,它涉及矿山、土木、交通、水电等多方面工程领域。随着社会经济发展步伐的不断加快,工程建设规模和力度也越来越大,边坡地质灾害更为突出,边坡问题从简单的土坡延伸到复杂的岩质高大边坡,因此岩质边坡,特别是弱面、卸荷裂隙发育的复杂高大岩质边坡稳定性研究将变得更加重要。
本文以109国道小沙湾黄河大桥小里程向桥台岩质边坡为研究对象,立足于高边坡稳定性分析评价,结合含软岩高边坡的特点,采用工程地质分析和数值模拟相结合的手段,对工程边坡的稳定性进行了系统评价,为确保工程边坡的安全稳定和长期运行提供了科学依据。
论文研究内容主要包括以下几个方面:
1.岩质边坡稳定性影响因素分析。
(1)通过使用地质勘探、测量、现场观测等手段取得研究区地质体第一手基础地质资料的同时,针对岩质高边坡的特点,以“工程地质决策研究”的方法论为指导,本着重点突出的原则,由浅至深的阐述了地形地貌、岩体应力、地下水、地震荷载、坡高、坡角、人类活动等一系列内外在因素对岩质边坡的影响。
(2)针对论文所选取工程边坡的特点,着重论述了边坡岩体中所夹软岩力学特性、变形机理。
(3)通过对荷载作用下卸荷裂隙的力学及变形特性研究得出如下结论:卸荷裂隙是否明显影响边坡岩体力学行为特征,主要受卸荷裂隙的深度影响。如果卸荷裂隙深度在应力影响角范围以外,则不对边坡力学行为特征造成明显影响;如果卸荷裂隙较深,荷载对卸荷裂隙面的影响将大于对坡面的影响,此时应将卸荷裂隙面视为坡面。卸荷裂隙发育的边坡,其力学行为与卸荷裂隙深度、卸荷裂隙位置、荷载作用与卸荷裂隙发育的相对位置有关,荷载位置位于卸荷裂隙上时,基底接触应力显著增大,卸荷裂隙面上岩体应力受荷载影响也很大,因此不宜直接将荷载位置置于卸荷裂隙上。
(4)通过对工程地质决策系统的研究,提出工程地质综合评价权重计算公式,通过对边坡各项影响因子的分析计算,确定该边坡稳定性影响主导因子。
2.通过总结前人研究成果,针对论文所选边坡特点,确定该边坡的的变形破坏形式为倾倒式拉裂、滑移式拉裂、阶梯状滑移拉裂式破坏三类。
3.高边坡力学参数研究。
(1)选取岩质均质高边坡,按照平面应变建立计算模型,采用Morgenster-price、毕肖普法及简布法,分别计算比较在采用不同坡高、坡角及岩土力学参数(如粘聚力C,摩擦角Φ、泊松比Φ、弹性模量)时高边坡稳定性系数,从而得出力学参数对高边坡稳定性的影响。
(2)采用M.Georgi法岩石力学参数进行工程处理,从而得出稳定性分析中所采用的最优岩土力学参数。
最后,在上述分析讨论的基础上,针对论文所采用高边坡主要特征,建立计算模型,选取高边坡在重力、开挖卸荷、人工加载等三种工况进行桥台边坡静力反应分析,从计算结果中分析高边坡的位移、变形及其塑性发展趋势。
由于本文是在对边坡地质条件进行综合分析的基础上进行有限元模拟,考虑了岩土参数和边坡工程地质条件的等综合因素,因而能对边坡工程稳定作出较为准确的评价;避免了一般边坡稳定性分析方法在这个问题上的简化处理,得到更为精确的计算结果。
该选题为该高边坡治理和设计提供可靠的依据,所选区域具有典型的代表性,其研究成果不仪有益于该边坡的建设与运营安全,而且对其它工程建设也具有一定的参考价值。