顺层岩质边坡开挖稳定性及其支护措施研究

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1、西南交通大学博士学位论文顺层岩质边坡开挖稳定性及其支护措施研究姓名：冯君申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：吕和林20050901西南交通大学博士研究生学位论文第l页摘要论文以渝怀铁路顺层岩质边坡为工程背景，采用多种手段和方法，对顺层岩质边坡的变形破坏机理、稳定性评价及其支护措施等方面进行了系统研究与分析。(1)以大量顺层岩质边坡典型工点的实例调查资料为基础，主要依据层状岩体的岩性组合类型，将顺层岩质边坡分为五大类，分别阐述了各类边坡的工程地质特征。(2)对影响顺层岩质边坡稳定性的主要因素及其变形破坏模式进行了研究总结。影响因素大体上分为地质

2、因素、工程因素以及其它因素。变形破坏模式主要包括滑移～拉裂、滑移一压致拉裂、滑移一弯曲、弯曲一拉裂、塑流一拉裂、滑劈破坏、顺层滑移等七种。(3)以有限元计算和模型试验为手段对同向层状岩质边坡的开挖变形规律同边坡走向与岩层走向夹角的关系作了较为详细的研究。研究结果表明：对于单面临空和双面l临空的同向层状岩质边坡，当边坡走向和岩层走向夹角分别大于40。和600以后，均基本上不用考虑顺层现象对边坡稳定性的影响，即此时可将该边坡视为非顺层岩质边坡。(4)针对工程中常见的滑移一拉裂破坏模式顺层岩质边坡，考虑层面抗剪强度参数随卸荷及风化程度降低的情况，推导出顺

3、层岩质边坡顺层滑动范围的计算公式。针对滑移一弯曲破坏型顺层岩质边坡，将其视为弹塑性板翘曲问题，同时考虑了边坡长度以及岩体塑性对其稳定性的影响，推导了相应稳定性计算公式。(5)讨论了边坡的开挖卸荷效应。对应于边坡开挖卸荷的空问效应，提出可根据开挖后边坡岩体的位移分区和节理裂隙扩展情况，在开挖后形成的边坡中划分出开挖松动区、轻微扰动区和原岩应力区三个区域。(6)基于边坡开挖卸荷效应的研究成果，给出了用于分析人工开挖边坡稳定性的强度折减法，即：首先根据边坡的开挖方式，按开挖卸荷程度对边坡岩体进行分区(即开挖扰动区的分区)，然后分区选择卸荷岩体力学参数，即

4、考虑开挖扰动区(主要考虑开挖松动区)内岩体力学参数的弱化，最后在此基础上使用强度折减法计算边坡的安全系数及其潜在滑面。(7)给出了考虑开挖卸荷效应的边坡稳定性分析基本方法，即：1)确定初始工程地质条件；2)选择初始岩体力学参数并建立相应的初始地质概第l

5、页西南交通大学博士研究生学位论文化模型；3)卸荷岩体分区，即确定开挖松动区；4)分区选择岩体卸荷后的卸荷岩体宏观力学参数(降低开挖松动区岩体力学参数)，使用强度折减法计算边坡安全系数及潜在滑动面；5)确定支护措施及其相关设计参数。(8)设计出用于加固顺层岩质边坡的轻型支护体系，即注浆提高结构面抗剪强

6、度再辅以微型桩加固的支护体系。根据微型桩的结构布置形式，将微型桩体系分为三种类型，即独立微型桩体系，平面桁架微型桩体系和空间桁架微型桩体系。对轻型支护体系加固顺层岩质边坡的作用机理和适用性进行了研究。给出了轻型支护体系加固顺层岩质边坡的设计流程，并对相关设计计算理论进行了较为系统地研究。(9)通过室内浆材配比试验、室内地质力学模型试验和现场测试试验对顺层岩质边坡破坏机理及其支护措施进行了研究。结果表明：注浆可以较大幅度地提高结构面的抗剪强度，增加顺层岩质边坡的稳定性；微型桩则可以在顺层岩质边坡施工中方便、快速、及时施作，有效控制边坡变形；对于顺层岩

7、质边坡不采用抗滑桩或预应力锚索抗滑桩等强支挡结构，而采用注浆提高结构面抗剪强度再辅以微型桩加固的轻型支护体系的设计思想是可行的。关键词：顺层岩质边坡：变形破坏机理：稳定性：有限元强度折减法：开挖卸荷效应；轻型支护体系：注浆；微型桩西南交通大学博士研究生学位论文第lII页AbstractBasedontheprojectoftheconsequentbeddingrockslopeintherailwayfromChongqingtoHuaihua，deformationandfailuremechanism，stabilityanalysisand

8、supportmeasuresofconsequentbeddingrockslopearestudiedindetailbymultiplemethods．1．Onthebasisofinvestigationoflotsoftypicalsitesofconsequentbeddingrockslope，consequentbeddingrockslopeareclassifiedintofivetypicaltypesbythecombinationoflithology,theengineeringgeologycharacterofeac

9、htypesaredescribedaswell．2．Themajorinfluencefactorsofstabilit