堆积体边坡扰动带变形机理及抗滑桩支护新方法研究

摘要

在山区道路工程建设中，因工程需要对堆积体边坡的某个部分进行开挖，改变其坡体形态，坡体内应力重新调整，形成了扰动带。由于堆积体边坡的开挖卸荷变形，导致其扰动带具有明显的卸荷损伤效应，且具有孔隙发育、透水性强等特点，降雨对其稳定性也具有控制性作用。因此，堆积体扰动带与一般堆积体有较大的性质差异，导致其变形机理、变形特征及和支护设计有较大区别，亟需进行系统研究。
　　本文结合贵州省交通科技项目“复杂堆积体处治技术研究”，采用现场调查、室内试验、数值模拟和理论分析等研究手段，对堆积体边坡扰动带变形机理、变形特征及支护新技术开展研究，下面对工作情况以及研究成果进行阐述。
　　（1）调查了堆积体扰动带的地质特征，测试了其岩土体力学参数。堆积体扰动带结构疏松，孔隙大，渗透性强，具有明显的损伤特性，与原岩有明显的分界面，一般处于整体极限平衡状态，在后续影响因素下，容易沿基岩-覆盖层界面失稳下滑，使用抗滑桩支护有其独特的优越性。
　　（2）建立了描述堆积体扰动带形成过程的损伤本构模型。堆积体扰动带形成的根本原因就是在开挖卸荷作用下，岩土体出现了卸荷损伤。在此认识基础上，基于 FLAC3D程序，建立了能够模拟堆积体边坡开挖变形机理的的自定义损伤模型，将软化后黏聚力表达为初始黏聚力和塑性应变的函数，对依托工程的堆积体扰动带形成过程机理进行了反演分析，分析结果显示考虑损伤软化的计算模型符合实际变形特征。
　　（3）基于数理统计，建立了堆积体扰动带岩土体在吸水饱和过程中强度折减的模型。结合现场条件，通过有限元建模，对降雨过程中扰动带坡体应变、位移、塑性区的发展变化规律进行了分析；从岩土性质、力学原理及降雨条件等方面对扰动带坡体稳定性进行了分析，探讨了其失稳机理；研究了黏聚力、内摩擦角、变形模量、泊松比、降雨强度、降雨持续时间及渗透系数等因素对扰动带坡体稳定性的影响。发现土体强度参数是影响其稳定性的主要因素。降雨过程中随着雨水缓慢入渗，土体强度逐渐减小，坡体稳定系数逐渐降低，到一定程度时滑坡将发生。
　　（4）基于点安全系数计算理论，研究了堆积体扰动带支护中抗滑桩设计的新方法。点安全系数的平均值和滑带的点安全系数分布曲线的交点，称为分界点。通过研究发现，抗滑桩设计最优桩位位置就是分界点的位置。这样，可以在数值计算模型的基础上，通过点安全系数的分析，判断出最优桩位，可以使抗滑桩发挥更大的效果。
　　（5）采用室内地质力学模型试验，对本文所依托的堆积体扰动带的失稳机理和抗滑桩设计新方法进行了验证，并开展了近一年的现场沉降位移观测试验，结果表明，基于点安全系数计算理论的抗滑桩设计新方法具有较好的指导意义，可以直接在堆积体扰动带边坡中进行应用。

目录

主要符号

1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.3本文的总体思路及主要工作

2 堆积体边坡工程特征及物理力学特性研究

2.1易形成堆积体的边坡岩体结构类型

2.2堆积体的形成机理

2.3堆积体工程地质特性

2.4典型堆积体的土体物理力学特性

2.5本章小结

3 基于损伤演化过程的堆积体边坡开挖变形机理分析

3.1增量形式的本构方程

3.2 Mohr-Coulomb模型理论

3.3土体损伤演化本构关系的研究开发

3.4数值试验验证

3.5典型堆积体边坡开挖变形机理分析

3.6本章小结

4 考虑不同含水量条件下堆积体边坡扰动带变形特征研究

4.1有限元分析模型

4.2计算结果分析

4.3本章小结

5 基于点安全系数的抗滑桩设计新方法在堆积体边坡中的应用研究

5.1既有抗滑桩设置方法的局限性

5.2滑坡点安全系数定义及其计算方法

5.3堆积体滑坡抗滑桩设置计算算例

5.4本章小结

6 堆积体边坡扰动带地质力学室内模型试验研究

6.1试验概况

6.2不加固边坡的变形机理研究

6.3边坡加固作用效果研究

6.4本章小结

7 堆积体边坡扰动带现场位移观测试验研究

7.1第一阶段现场试验

7.2第一阶段试验结果分析

7.3第二阶段现场试验结果

7.4本章小结

8 主要结论与建议

8.1主要结论

8.2本文创新点

8.3进一步研究的建议

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读学位期间公开发表的论文

B.作者在攻读学位期间所参与的项目

C.作者在攻读学位期间申报的专利