潭衡西线高速公路路堑边坡稳定性评价与监测方案研究

摘要

随着高速公路向山区丘陵地带不断延伸和扩展，施工难度增大，由此诱发的高速公路滑坡等地质灾害日益凸现，并逐步成为全社会关注的焦点。因此，开展高速公路，尤其是山区丘陵地带的高速公路边坡稳定性分析、安全监测以及综合防治等方面的研究具有重要的意义。 论文以湖南省潭衡(湘潭至衡阳)西线高速公路路堑边坡为研究对象，主要开展稳定性及监测研究。在总结和分析边坡有限元强度折减法的基本原理及其特点以及高速公路路堑边坡变形破坏特征的基础上，研究了以下内容： (1)系统阐述和分析了基于强度折减的弹塑性有限元法的基本理论。在此基础上，较全面分析了有限元强度折减法求解精度的影响因素。选取理想弹塑性模型、Mohr-Coulomb准则及非相关联流动法则作为论文计算分析的依据。 (2)总结了有限元强度折减法分析边坡稳定性所采用的失稳判据，认为三种失稳判据存在一个共同的问题，即迭代次数及收敛容许限值的确定问题；同时，这三种判据从某种程度上讲存在着一致性。选取收敛性判据作为论文所分析边坡的失稳判据。 (3)在查阅工程地质资料及现场调查、试验的基础上，分析了潭衡西线高速公路路堑边坡的工程地质条件及其稳定性的影响因素。运用基于强度折减的弹塑性有限元法的基本理论，借助于著名有限元分析软件ABAQUS对该公路典型边坡进行了稳定性分析，得出其在天然状态和地震作用两种工况下的安全系数及潜在最危险滑动带。对稳定性计算结果进行深入分析，揭示了该边坡变形破坏机理及演化特征；并认为该边坡失稳的可能性较大，需要对其进行加固处理；同时计算结果证实了三种边坡失稳判据之间存在着一致性。 (4)针对所分析边坡的工程地质条件及其岩性特征，提出了三种加固方案，并对其进行了对比分析，确定预应力锚索+挡土墙+骨架植物护坡为较合理的方案。 (5)探讨了边坡监测设计的有关理论和方法。在此基础上，进行了所分析边坡的安全监测方案设计工作。 论文的研究成果对山区丘陵地带的高速公路路堑边坡的稳定性及监测研究具有一定的参考价值。

目录

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第一章绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2边坡稳定性研究的发展历程

1.3有限元强度折减法研究综述

1.3.1有限元强度折减法的基本原理

1.3.2有限元强度折减法的发展历程

1.3.3有限元强度折减法的优点及存在的问题

1.4论文的主要工作

第二章高速公路路堑边坡变形破坏特征

2.1引言

2.2高速公路路堑边坡的特点与分类

2.2.1路堑边坡的特点

2.2.2路堑边坡的分类

2.3高速公路路堑边坡的破坏形式

2.3.1土质边坡的破坏形式

2.3.2岩质边坡的破坏形式

2.4高速公路滑坡的基本特征

2.5本章小结

第三章基于强度折减的弹塑性有限元法

3.1引言

3.2弹塑性有限元的基本理论

3.2.1弹塑性本构模型

3.2.2屈服准则

3.2.3加载和卸载准则

3.2.4流动法则

3.3边坡失稳判据

3.4有限元强度折减法计算精度的影响因素

3.4.1流动法则的影响

3.4.2屈服准则的影响

3.4.3计算范围与边界条件的影响

3.4.4物理力学参数的影响

3.4.5网格疏密程度的影响

3.5岩土体参数折减对象的确定

3.6本章小结

第四章高速公路路堑边坡稳定性分析评价

4.1项目概况

4.2所处区域工程地质环境

4.2.1地形地貌

4.2.2地层岩性

4.2.3地质构造

4.2.4气候及水文地质条件

4.2.5地震

4.3路堑边坡稳定性的影响因素

4.3.1边坡几何因素

4.3.2边坡地层与岩性因素

4.3.3边坡岩体结构因素

4.3.4水的作用

4.3.5风化作用

4.3.6地震因素

4.3.7人为因素

4.4路堑边坡稳定性计算及结果分析

4.4.1有限元软件ABAQUS简介

4.4.2边坡稳定性计算

4.4.3结果分析

4.5边坡加固方案研究

4.5.1设计原则

4.5.2加固方案比选

4.5.3 K97+520边坡加固方案设计

4.5.4预应力锚索加固边坡参数的确定

4.5.5预应力锚索加固施工工艺

4.5.6锚索预应力的影响因素及补偿措施

4.6本章小结

第五章高速公路路堑边坡监测案研究

5.1引言

5.2边坡监测的目的和意义

5.3边坡监测设计的原则

5.4边坡监测技术方法

5.4.1外部观测方法

5.4.2内部观测方法

5.4.3巡视观察法

5.5边坡监测方案设计

5.5.1监测项目的选择

5.5.2监测工作的方法和手段

5.5.3监测仪器的选取

5.5.4监测断面的布置

5.5.5巡视检查

5.5.6监测周期

5.5.7观测资料的分析整理

5.5.8监测信息反馈制度

5.5.9监测工作注意事项

5.6本章小结

第六章结论及展望

6.1主要结论

6.2展望及下一步的工作

参考文献

致谢

附录