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　　【摘要】： 山區高速公路高邊坡穩定性問題已成為威脅施工安全,制約工程進度,影響安全運營的關鍵技術問題。雖然在勘察和設計階段均對邊坡穩定性進行了研究,但由于我國現階段公路工程勘察設計的特點,許多邊坡地質問題在勘察和設計階段很難暴露出來,迫切需要一套適合山區高速公路的高邊坡動態支護設計理論和方法體系。本文通過對湯屯高速公路大量高邊坡巖體結構特征和變形破壞模式研究,遵循定性分析與定量評價相結合的基本學術思想,系統總結了公路邊坡主要支護措施及其適用條件,提出了基于支護的邊坡地質工程分類方案,在此基礎上,對不同類型的邊坡穩定性評價方法及支護方案進行優選,得出適合不同類型邊坡的穩定性評價方法及支護方案,并通過邊坡監測反饋分析實現邊坡動態設計及信息化施工。 論文以研究區地質環境條件為背景,從施工期高邊坡地質條件調查復核入手,以邊坡巖體結構特征和變形破壞模式為主線,以邊坡穩定性評價為基礎,對高邊坡施工期動態設計工作進行系統總結,細化、深化邊坡巖體結構特征調查、變形破壞模式分析、基于支護的地質工程分類、支護設計適宜性評價、監測反饋等相關工作的方法、過程,并以研究區內塊狀、板裂兩類特殊巖體結構高邊坡為例進行深入分析,進行全過程動態設計研究。通過這些工作,以期獲得一套基于地質工程原理,具有一定理論意義并可指導工程實踐的高速公路高邊坡穩定性評價及動態設計的研究方法、工作流程。 通過上述研究,在邊坡地質工程分類、穩定性評價方法及動態支護設計方面取得了一定的進展,主要包括: (1)針對山區高等級公路的地質復雜性和公路建設過程中對邊坡穩定性評價的要求,基于地質過程機制分析和變形控制的基本思想,提出了一套山區高等級公路高邊坡穩定性評價和動態設計的地質工程分析理論和評價方法。即:以邊坡巖體結構特征和變形破壞模式研究為基礎,以服務于支護設計的邊坡地質工程分類為核心,通過對不同結構類型邊坡穩定性評價方法及支護設計方案的優選,建立了一套適合山區高速公路高邊坡動態支護設計的理論和方法體系,形成了“地質條件詳細調查—巖體結構現場描述—邊坡變形破壞模式分析—基于地質過程的定性與定量穩定性評價—災害控制與支護優化設計—監測反饋分析”的工作方法,發展了針對高邊坡具體地質條件的非模式化優化設計的理念和方法。 (2)系統研究了適于邊坡穩定性評價和支護設計的巖體結構評價方法。建立了適合山區公路邊坡的巖體結構分類方案,將巖體結構分為塊狀結構、次塊狀結構、碎塊狀結構、碎裂結構和散體結構;根據公路邊坡的特點,建立了結構面分級和現場描述體系,將結構面分為三類,控制性軟弱結構面、一般性軟弱結構面和裂隙類結構面;在此基礎上研究了邊坡巖體結構分區的方法。 (3)在邊坡主要支護措施總結及其適宜性研究的基礎上,通過對滑坡體、潛在圓弧形破壞、深部塊體失穩、淺表層塊體失穩四種常見類型邊坡的支護方案設計研究,系統總結了邊坡支護設計方案和對應的具體支護措施,按照支護措施特點和支護工程強度將邊坡的支護方案類型劃分為削方減載、強支護、弱支護、坡面防護四種類型,并研究了各種支護方案的適用范圍。 (4)建立了基于支護的邊坡地質工程分類方案。根據邊坡的巖體結構特征和變形破壞模式將邊坡分為塊狀結構邊坡、板裂結構邊坡、碎裂結構邊坡和散體結構邊坡,分別研究了各類邊坡形成的地質條件、影響穩定性的因素、主要變形破壞模式,并研究了它們對應的邊坡支護方案和具體支護措施,有利于在公路施工過程中根據邊坡類型快速選擇支護設計方案。 (5)對湯屯高速公路沿線分布較廣的塊狀結構巖體邊坡,在塊體理論的基礎上,建立了基于運動學原理的離散元模擬技術的關鍵塊體搜索方法和基于塊體理論的關鍵塊體穩定性評價方法,即采用離散元方法確定關鍵塊體,再利用基于強度理論的塊體穩定性分析方法評價關鍵塊體穩定性,然后根據邊坡巖體結構特征及變形破壞模式提出設計方案和具體支護措施,最后利用離散元方法評價支護后邊坡穩定性狀況,并通過監測反饋分析實現動態設計,發展了塊狀結構邊坡穩定性評價及支護設計方法。 (6)首次對皖南山區古老板裂化變質巖邊坡的形成機制和失穩模式進行系統研究,并提出針對性的穩定性評價方法和支護設計對策。研究區板裂巖體邊坡主要有順層和反傾兩種類型,根據公路沿線大量傾倒變形體巖體結構特征的研究,將傾倒變形體分為板柱狀傾倒變形體、碎裂狀傾倒變形體、散體狀傾倒變形體三種類型。通過深入分析,總結了板裂巖體邊坡變形破壞模式、穩定性評價及動態設計方法,并提出了相應的支護方案。 【關鍵詞】：地質工程 邊坡分類 穩定性評價 動態設計 塊狀結構邊坡 板裂結構邊坡
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：U416.14
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2008.086138
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 引言13-33
• 1.1 選題依據與研究意義13-14
• 1.2 國內外研究現狀14-29
• 1.2.1 巖體結構特征研究14-18
• 1.2.2 邊坡變形破壞模式研究18-20
• 1.2.3 高邊坡穩定性評價研究20-23
• 1.2.4 高邊坡支護設計研究23-25
• 1.2.5 塊狀結構巖體邊坡研究25-27
• 1.2.6 板裂結構巖體坡研究27-28
• 1.2.7 高邊坡監測反饋研究28-29
• 1.3 研究技術路線29-30
• 1.4 主要工作和取得的成果30-33
• 1.4.1 完成的主要工作30-31
• 1.4.2 取得的主要成果和創新點31-33
• 第2章 研究區地質環境條件33-40
• 2.1 氣象水文33
• 2.2.1 氣象33
• 2.2.2 水文33
• 2.2 地形地貌33-35
• 2.3 地層巖性35-36
• 2.3.1 地層35-36
• 2.3.2 巖漿巖36
• 2.4 地質構造36-38
• 2.4.1 褶皺構造36-37
• 2.4.2 斷陷盆地37
• 2.4.3 斷裂構造37-38
• 2.5 水文地質條件38-39
• 2.6 地震39-40
• 第3章 邊坡巖體結構特征研究40-54
• 3.1 概述40-41
• 3.2 巖體結構分類體系41-44
• 3.2.1 現有巖體結構分類體系41-42
• 3.2.2 湯屯高速公路巖體結構分類體系42-44
• 3.3 結構面的工程地質分級44-48
• 3.3.1 現有結構面分級體系44-46
• 3.3.2 湯屯高速公路結構面分級體系46-48
• 3.4 結構面的現場描述體系48
• 3.5 邊坡巖體結構工程地質分區48-53
• 3.5.1 邊坡巖體結構工程地質分區原則48-50
• 3.5.2 邊坡巖體結構工程地質分區50-53
• 3.6 小結53-54
• 第4章 邊坡變形破壞模式研究54-72
• 4.1 概述54
• 4.2 邊坡變形破壞模式及其發育條件54-64
• 4.2.1 邊坡塊體失穩的基本特征55-58
• 4.2.2 邊坡順層滑移的基本特征58-60
• 4.2.3 邊坡傾倒變形的基本特征60-63
• 4.2.4 邊坡圓弧型滑移的基本特征63-64
• 4.3 湯屯高速公路邊坡主要變形破壞類型64-66
• 4.4 邊坡變形破壞模式與巖體結構關系66-69
• 4.5 湯屯高速公路重要邊坡變形破壞模式69-71
• 4.6 小結71-72
• 第5章 基于支護的邊坡地質工程分類研究72-96
• 5.1 概述72
• 5.2 公路邊坡支護方案設計及分類72-89
• 5.2.1 支護措施及其適宜性研究72-77
• 5.2.2 邊坡支護方案設計77-87
• 5.2.3 公路邊坡支護方案分類研究87-89
• 5.3 基于支護的邊坡地質工程分類研究89-94
• 5.3.1 分類的目的和基本原則89-90
• 5.3.3 基于支護的邊坡地質工程分類90-94
• 5.4 小結94-96
• 第6章 塊狀結構巖體邊坡穩定性評價方法和支護設計地質工程研究96-115
• 6.1 概述96-97
• 6.2 塊狀結構巖體工程地質特性研究97-98
• 6.2.1 地質環境條件97-98
• 6.2.2 塊狀結構巖體地質特征98
• 6.3 塊狀結構巖體邊坡變形破壞模式研究98-101
• 6.3.1 塊體的基本類型98-100
• 6.3.2 塊狀結構邊坡的基本變形破壞模式100-101
• 6.4 塊狀結構巖體邊坡穩定性評價方法分析101-105
• 6.4.1 研究思路和方法101-102
• 6.4.2 復雜塊體三維地質建模及關鍵塊體的確定102-104
• 6.4.3 關鍵塊體的穩定性評價104-105
• 6.5 工程治理分析105-106
• 6.6 典型實例分析106-115
• 6.6.1 邊坡工程地質條件106
• 6.6.2 邊坡變形破壞模式106-108
• 6.6.3 開挖邊坡關鍵塊體確定108-111
• 6.6.4 基于塊體理論的關鍵塊體穩定性分析111-112
• 6.6.5 支護優化設計112-115
• 第7章 板裂巖體邊坡穩定性評價方法和支護設計地質工程研究115-144
• 7.1 概述115-118
• 7.1.1 板裂巖體特征115-116
• 7.1.2 板裂巖體邊坡穩定性評價及災害控制技術116-118
• 7.2 板裂結構邊坡工程地質研究118-121
• 7.2.1 板裂巖體形成條件研究118-119
• 7.2.2 板裂結構邊坡巖體結構特征119-120
• 7.2.3 板裂結構邊坡分類120-121
• 7.3 板裂結構邊坡變形破壞模式121-128
• 7.4 板裂巖體邊坡穩定性評價128-138
• 7.4.1 順層板裂巖體邊坡128-136
• 7.4.2 反傾板裂巖體邊坡136-138
• 7.5 板裂邊坡支護方法研究138-144
• 7.5.1 順層板裂巖體邊坡支護方法研究139-142
• 7.5.2 傾倒變形巖體邊坡支護方法研究142-144
• 第8章 高邊坡監測與反饋分析研究144-158
• 8.1 概述144
• 8.2 監測儀器的選型及重點邊坡的監測設計144-145
• 8.2.1 監測儀器設備選型144-145
• 8.2.2 邊坡監測的布置145
• 8.3 邊坡監測動態反饋145-147
• 8.4 湯屯高速公路2-7邊坡監測與反饋分析147-157
• 8.4.1 多點位移計監測成果147-149
• 8.4.2 錨索測力計監測成果149-150
• 8.4.3 測斜孔監測成果150-155
• 8.4.4 邊坡整體變形分析及應用155-157
• 8.5 小結157-158
• 結論158-160
• 致謝160-162
• 參考文獻162-171
• 附錄A 攻讀博士學位期間發表的學術論文171-172
• 附錄B 攻讀博士學位期間參加的科研實踐項目172