高速公路改扩建工程高边坡开挖过程稳定性研究

摘要

高速公路改扩建过程中势必要拆除边坡原有支护，造成边坡应力重分布，因此在开挖过程中边坡的稳定性处于动态发展过程中，开挖支护时序、施工期内的降雨量等对其均有较大影响。若处理不当，边坡极有可能失稳破坏。因此，研究开挖过程中的边坡变形规律及其稳定性，寻求合理的开挖支护方法及边坡加固措施，对于确保改扩建边坡工程的安全稳定有着重要意义。
　　论文以柳南高速K1456+800～K1468+300段改扩建工程某典型边坡为依托，以边坡开挖变形规律为目标，以边坡稳定性控制方案为主线，借助离心模型试验、有限元模拟计算和理论分析等手段，开展了高速公路高边坡改扩建开挖过程稳定性研究。
　　论文首先系统分析了影响高速公路高边坡稳定性的影响因素，结合柳南改扩建路段的实际工况，进行了高边坡开挖稳定性影响因素的灵敏度分析，然后采用响应面法和蒙特卡罗两种方法对岩性参数内聚力c和内摩擦角进行了可靠度分析。
　　借助长安大学60gt离心模型试验系统，构建与实际应力相符的边坡模型，依靠激光位移传感器、非接触式位移监测系统等明确了边坡开挖过程中的变形过程，揭示了不同开挖支护时序下边坡的稳定状态的动态发展规律；以土工土工离心机系统为平台研发了降雨装置，在离心场中实现了对降雨过程的模拟，研究了开挖过程中的降雨对边坡稳定状态的影响，以及不同降雨量后边坡稳定状态的发展过程。
　　以柳南高速典型边坡为原型，进行不同施工方法的有限元数值模拟，分析了不同开挖支护时序对边坡安全系数、应力、位移等的影响。同时根据改扩建道路拓宽的宽度，确定边坡开挖后的坡脚点，并以此为基准点，利用ADINA有限元计算软件，分别建立边坡开挖比例为1：0.75、1：1及1：1.25的数值计算模型，分析不同开挖深度、不同开挖分级数对边坡安全系数、应力、位移等变量的影响。
　　最后总结控制边坡开挖变形的常用施工处治技术方法，分析了各方法对应的设计计算方法，提出了适合改扩建边坡的合理施工方案，将信息施工技术有效的应用于改扩建边坡稳定性控制措施方案中；确定了合理的施工原则，保证了边坡施工整体性的安全稳定，对后期稳定的安全起到重要的作用。

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第一章 绪论

1.1 工程概况与研究背景

1.2 问题的提出

1.3 研究现状

1.4 研究思路及内容

第二章 高边坡开挖稳定性影响因素分析

2.1 高边坡开挖稳定性影响因素

2.2 高边坡开挖稳定性影响因素灵敏度分析

2.3 边坡可靠度分析

2.4 边坡可靠度分析结果

2.5 小结

第三章 边坡开挖支护时序离心模型试验研究

3.1 引言

3.2 含水率对边坡强度参数的影响

3.3 离心模型试验技术

3.4 试验方案

3.5 试验结果

3.6 本章小结

第四章 边坡开挖支护时序有限元分析

4.1 ANSYS基本原理

4.2数值模型的建立

4.3 边坡无支护分级开挖结果分析

4.4 边坡及时支护分级开挖结果分析

4.5 本章小结

第五章 边坡开挖支护方案研究

5.1 引言

5.2有限元计算分析

5.3 开挖坡比为1:1.25情况下结果分析

5.4开挖坡比为1:1情况下结果分析

5.5开挖坡比为1:0.75情况下结果分析

5.6对比分析

5.7小结

第六章 边坡开挖过程稳定控制技术研究

6.1概述

6.2改扩建边坡拓宽方式

6.3 边坡开挖过程稳定性控制技术

6.4 边坡开挖支护措施的加固机理

6.5 边坡开挖加固方法的优化设计

6.6 小结

结论与建议

主要结论

创新点

进一步研究建议

参考文献

博士期间取得的研究成果

致谢