基于变形状况的岩质路堑边坡安全状况评价方法研究

摘要

山区高速公路建设中遇到大量的岩质路堑边坡，其安全状况评估一直受到工程界的普遍关注，并开展了大量研究，其中变形监测方法及基于变形监测数据的安全状况判别方法被认为是进行施工期稳定性控制，运营期安全状况评估的有效方法之一，成为目前研究的热点。然而，由于边坡岩体的复杂性，使得研究中面临监测点如何合理布置、变形与稳定性的相关性如何、根据变形数据如何判定稳定性等诸多问题需要研究解决。
　　本文以破碎结构、层状结构（顺倾结构）、块状结构三种岩体结构的边坡为研究对象，采用大型通用性有限元软件ANSYS，分别对施工期、运营期路堑边坡变形与稳定状况进行研究。通过数值模拟计算分析，得出了三种岩体结构边坡在施工期、运营期情况下的变形数据及稳定系数，建立了位移—稳定系数关系曲线，并利用曲线拟合和求导等数学方法找到了最能表征边坡安全状况的位移监测敏感点。最后，根据监测敏感点的变形与边坡稳定性之间的关系，结合相关研究成果，制定出基于变形的岩质边坡安全状态判定依据。研究结果表明:破碎岩体结构边坡通常发生圆弧滑动破坏，滑动面通过坡脚;顺倾结构岩体边坡通常沿暴露出来的最下面的软弱层发生直线滑动;块状结构岩体边坡通常发生追踪两组软弱层的折线滑动;三种岩体结构边坡滑体内的点均可作为监测敏感点，但其变形大小不同，破碎结构边坡变形最大点位于坡脚及坡顶5～15m范围内，顺倾结构边坡变形最大点位于暴露出来的最下面软弱层及坡顶处，块状结构边坡变形最大点位于暴露出来的最下面软弱层及坡顶某一软弱层上;依据所发生的边坡变形大小，可将边坡所处的安全风险划分为低风险、中风险、高风险、超高风险。
　　本文研究所获得的结论，对利用边坡变形监测数据来判断边坡安全状况，提前对边坡安全风险作出预测预警，保障施工期边坡稳定，降低运营期边坡失稳带来的危害，具有一定的理论意义和实用价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究概况

1．2．1 路堑边坡变形分析的理论与方法

1．2．2 边坡变形监测手段及方法

1．2．3 边坡稳定性评价方法与标准

1．3 主要研究内容及研究思路

第二章 路堑边坡变形的有限元分析方法

2．1 有限元基本理论及方法

2．1．1 基本理论

2．1．2 分析步骤

2．2 有限元强度折减法

2．2．1 基本原理

2．2．2 有限元强度折减法失稳判据

2．3 有限元强度折减法中岩土体本构模型

2．3．1 岩土体本构模型的选用

2．3．2 岩土体的屈服准则

2．3．3 岩土体的流动法则

2．3．4 岩土体的硬化规律

2．4 路堑边坡岩体结构及破坏影响因素

2．4．1 岩体结构分类

2．4．2 边坡破坏类型

2．4．3 路堑边坡变形破坏的主要影响因素

2．5 概化的路堑边坡有限元模型及参数

2．5．1 假定

2．5．2 三种工况条件的模拟

2．5．3 模型及参数

第三章 破碎结构路堑边坡变形特征分析

3．1 基本规定

3．2 施工期边坡表面变形监测敏感点分析

3．3 运营期边坡表面变形监测敏感点分析

3．3．1 考虑边坡岩体劣化影响的分析

3．3．2 考虑降雨影响的分析

3．4 本章小结

第四章 顺倾结构路堑边坡变形特征分析

4．1 基本规定

4．2 施工期边坡表面变形监测敏感点分析

4．3 运营期边坡表面变形监测敏感点分析

4．3．1 考虑边坡岩体劣化影响的分析

4．3．2 考虑降雨影响的分析

4．4 本章小结

第五章 块状结构路堑边坡变形特征分析

5．1 基本规定

5．2 施工期边坡表面变形监测敏感点分析

5．3 运营期边坡表面变形监测敏感点分析

5．3．1 考虑边坡岩体劣化影响的分析

5．3．2 考虑降雨影响的分析

5．4 本章小结

第六章 基于变形状况的边坡安全状况判定方法与标准

6．1 基于稳定系数的边坡稳定性等级划分标准

6．2 基于变形状况的边坡安全状况评定标准

6．2．1 破碎结构边坡的安全状况评价

6．2．2 顺倾结构边坡的安全状况评价

6．2．3 块状结构边坡的安全状况评价

6．3 本章小结

第七章 结论及展望

7．1 结论

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文