活动断裂区岩质边坡稳定性分析与评价——以雅泸高速公路K136+207m岩质边坡为例

摘要

断裂的活动容易导致断裂及其附近岩层中弹性应变能的积累，当应变能超出岩体的强度时，就会引起断裂或岩层的破裂而发生地震。地震发生后，常常造成边坡失稳，严重危害公路、房屋建筑等安全。如何保证地震作用下的边坡稳定性是亟待解决的难题。 本文结合雅泸高速公路K136+150～K136+300m段反倾向岩质边坡，在充分研究边坡工程地质条件的基础上，采用振动台模拟试验、数值模拟等手段，研究了反倾向岩质边坡在地震作用下的变形破坏机制及失稳破坏模式，进而分析了边坡稳定性，并提出了相应的支护措施。研究内容和取得主要成果如下： (1)根据雅泸高速公路沿线活动断裂的区域分布特征、已有地形变观测数据、活动速率以及地震历史记录等资料，分析得出对所研究坡段稳定性有重要影响的是安宁河断裂东支和铁寨子断层。 (2)以边坡详细工程地质条件调查及坡体岩体结构精细描述为基础，根据边坡的岩体结构特征及坡体已有变形破坏迹象，初步判断边坡在自然状态下的失稳模式为倾倒-拉裂-崩塌。 (3)以相似理论为依据，设计、制作了比例尺为1:150的边坡模型，并利用成都理工大学自行设计的两向三自由度振动台完成边坡振动模拟试验，结果表明：在地震作用下边坡模型岩体出现松动，倾倒变形的速度加快，范围加大，变形程度加剧；在坡表出现沿节理迹线延展的张拉裂缝；坡体前缘局部出现崩塌。根据模型边坡的试验结果推算，边坡岩体松动在水平退深55.6m，坡脚高程往上45m范围内；边坡前缘出现贯通的折线型破裂面，破裂面在高程1340m的地表出露；坡体前缘的顶部变形可达75cm。 (4)为验证振动台模拟试验的可靠性，运用离散元程序-UDEC模拟研究了边坡在地震作用下的变形破坏。数值模拟过程中，在坡体内布置了9个监测点，用于监测坡体的位移变化。模拟结果表明：在地震作用下边坡岩体出现松动，边坡自仃缘局部出现崩塌；最大位移出现在坡顶处，为61.6cm；对比振动台模拟试验数据，发现两种研究手段分析得出边坡的变形程度基本相似。此外，数值模拟中各监测点的位移、速度和加速度记录表明：加速度在竖直向的放大效应可使坡顶的加速度达到输入加速度的1.1l倍。坡脚到坡顶的位移有随高程的增高逐渐增大的趋势，即位移有竖直向放大效应；在同一高程上的监测点位移由坡内往坡外依次增大，即位移有水平向放大效应。 (5)振动台模拟试验和数值模拟的结果表明边坡在地震作用下其变形过程是“岩体松动→倾倒→崩塌”的过程，过程经历的时间较短，往往是在地震持时内完成；由于前缘破裂面的贯通，导致坡体前缘失稳，失稳范围在高程1314m～1340m内。 (6)上述试验结果表明在地震作用下，边坡前缘出现的坡体失稳对工程建设有显著的不利影响。在考虑了边坡动态响应具有水平向放大效应和竖直向放大效应的基础上，针对该边坡设计了支护措施：首先进行坡比为1:0.75的两级坡面开挖，两级坡面之间设置2m宽平台，.然后以5排水平和垂直间距为4m，锚固段长度3m，自由段长度9.9m，锚固角20°的锚索进行支护。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1选题依据及研究意义

1.2边坡地震动力稳定性研究现状

1.2.1边坡地震动力稳定性理论研究

1.2.2边坡地震动力稳定性物理模拟法研究

1.2.3边坡地震动力稳定性数值模拟研究

1.3研究内容与技术路线

1.3.1研究内容

1.3.2技术路线

第2章 近场区地质构造环境与地震活动性分析

2.1近场区地质构造环境

2.1.1安宁河断裂的主要特征

2.1.2铁寨子断层的主要特征

2.2近场区地震活动性分析

第3章 边坡工程地质条件及变形破坏机制研究

3.1气象水文

3.2地形地貌

3.3地层岩性

3.4水文地质条件

3.4边坡变形破坏机制

3.4.1结构面工程地质特征

3.4.2边坡岩体结构特征及变形破坏机制

3.6边坡变形破坏对工程的影响

3.7岩(石)体物理力学参数

第4章 边坡地震动力稳定性物理模拟

4.1振动地质力学模型试验原理

4.2振动台原理与技术参数

4.2.1振动台及构件设备参数

4.2.2振动台的加载系统

4.2.3振动台的测量系统

4.3试验方案及模型制备

4.3.1试验方案设计

4.3.2模型制备

4.4试验结果及边坡变形破坏机制分析

4.4.1试验结果分析

4.4.2边坡变形破坏机制分析

4.5本章小结

第5章 边坡地震动力稳定性数值模拟

5.1地震波动方程

5.1.1地震波类型

5.1.2波动方程的基本形式

5.2离散元法基本原理

5.2.1离散元法的基本方程

5.3 UDEC简介

5.4计算模型的建立

5.3.1数值模拟本构关系

5.3.2物理力学参数的选取

5.5数值模拟结果分析

5.5.1边坡监测点位移响应

5.5.2边坡监测点加速度响应

5.5.3边坡监测点速度响应

5.5.4地震作用下边坡变形破坏机制

5.6本章小结

第6章 地震作用下边坡支护措施设计

6.1边坡支护的原则

6.2边坡支护的常用措施

6.3边坡支护设计

6.3.1推力计算

6.3.2锚索设计

6.4支护措施有效性检验

6.4.1 Geo-slope简介

6.4.2检验结果

结论

致谢

参考文献