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小盘岭岩质高边坡施工过程监测及稳定性分析

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摘要

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 边坡稳定性研究现状

1.3 边坡稳定性分析方法的新进展

1.3.1 定性分析法

1.3.2 定量分析法

1.3.3 非确定性分析方法

1.4 公路边坡现场监测工作的发展

1.5 工程背景

1.6 主要研究内容及技术路线

1.6.1 主要研究内容

1.6.2 技术路线

第2章 岩质边坡稳定性影响因素及分析

2.1 岩质边坡变形破坏机理

2.1.1 岩质边坡主要变形方式

2.1.2 岩质边坡破坏类型

2.1.3 岩质边坡变形破坏的地质力学模式

2.2 受控于岩体结构的边坡变形破坏类型及特征

2.2.1 块状结构岩体边坡

2.2.2 层状结构岩体边坡

2.2.3 碎裂散体结构边坡

2.3 岩质边坡不同于土质边坡的特点

2.4 影响边坡稳定的主要因素

2.5 施工过程对岩体结构的影响

2.6 小结

第3章 小盘岭边坡结构面信息采集

3.1 结构面信息采集的必要性

3.2 岩体结构面信息调查与测量方法

3.2.1 结构面信息采集方法

3.2.2 结构面空间信息非接触测量

3.3 结构面信息表征及分类

3.3.1 定性分类方法

3.3.2 实用分类方法

3.4 结构面信息现场采集

3.4.1 小盘岭边坡结构面信息采集

3.4.2 重建三维立体模型

3.4.3 节理信息提取

3.4.4 结构面信息表征

3.5 小结

第4章 小盘岭边坡离散元数值模拟

4.1 引言

4.2 离散元基本理论及其软件

4.3 三维离散元力学模型研究

4.3.1 节理岩体模型建立指令

4.3.2 网格划分、边界条件和计算范围的选取问题

4.3.3 岩体本构模型的选择

4.4 岩质边坡稳定性的三维离散元数值模拟

4.4.1 工程概况

4.4.2 现场地质情况

4.4.3 计算模型

4.4.4 计算方案

4.4.5 计算参数

4.5 模拟结果分析

4.5.1 边坡稳定性判别

4.5.2 边坡初始状态

4.5.3 岩质边坡开挖

4.6 小结

第5章 小盘岭边坡监测设计及其数据分析

5.1 引言

5.2 小盘岭边坡监测设计

5.2.1 高边坡监测项目的选定

5.2.2 监测仪器的选定

5.2.3 监测点的布设

5.3 监测点及基准点的埋设

5.3.1 监测点的埋设

5.3.2 监测方法

5.3.3 监测基准点的埋设和监测

5.3.4 裂隙处理措施

5.4 边坡监测频率

5.4.1 地表水平位移监测频率

5.4.2 地表沉降监测、边坡裂缝、变形观察和地下水位观测

5.5 边坡监测数据分析

5.5.1 监测反馈的意义、目的和原则

5.5.2 地表位移监测

5.6 小结

第6章 小盘岭岩质高边坡的信息化施工

6.1 边坡信息化施工概述

6.2 小盘岭岩质高边坡信息化施工方案设计

6.2.1 信息化施工阶段的划分

6.2.2 信息化施工监测技术措施

6.3 防护措施的优化完善

6.3.1 防护措施优化概述

6.3.2 优化岩质高边坡开挖支护方案

6.4 小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

附录

作者简介

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摘要

目前我国正处在经济建设高速发展的时期,随着国民经济的发展,公路等级越来越高,高填深挖已经不可避免,复杂地形条件下修建高等级公路的情况日益增多,复杂的岩质高边坡日益增多。由于岩质高边坡在施工中容易失稳,不仅造成大量的经济损失,甚至造成一定的人员伤亡;因此,进行岩质高边坡施工过程监测及稳定性分析研究有非常重要的现实意义。
  本文以辽宁省建兴高速公路小盘岭岩质高边坡为工程背景,首先归纳了岩质边坡的破坏类型、影响稳定的因素及不同岩坡变形破坏的不同模式,找出影响小盘岭边坡稳定性的主要因素;然后采用数值模拟和现场监测相结合的方法进行研究。
  采用数字摄影测量技术对边坡的结构面信息进行采集、分析和归类,然后把结构面信息运用到离散元软件3DEC中,数值模拟边坡施工过程并进行稳定性分析和变形预测;再用全站仪和水准仪对边坡施工过程进行变形监测并与预测情况进行对比;验证数值模拟预测与现场实际的符合状况后,对下一级边坡的开挖情况进行预测,并研究不同支护方案对边坡稳定性的影响,从而优化边坡的支护设计方案。
  研究表明,第三级边坡开挖后坡体开挖面Z方向0~15m区域开始有剪切塑性区出现,但仍保持整体稳定;第二级边坡开挖时位移矢量、速度矢量大量集中在坡体开挖面Z方向0~15m区域的节理上,并呈矢量逐渐增加趋势,边坡出现了局部失稳破坏;第一级边坡开挖过程中,边坡大部分区域都发生明显位移,且位移矢量、速度矢量继续增大,此时边坡发生整体失稳破坏。
  针对该边坡情况,提出了监测点的优化布设方案,边坡沿线方向0~15m区域重点监测,16~50m区域减少监测点,经优化,监测点个数由20个减为12个;并且经过数值模拟不同设计方案的边坡状况,确定了第四级边坡支护设计改为无需添加锚杆,第三级边坡在沿线方向0~15m区域加长锚杆长度,由8m改为12m,沿线方向16~50m区域横向放宽锚杆支护间距,由2m改为5m;从而达到了保证工程安全、降低施工难度、保证工程措施经济合理的目的。

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