【摘要】： 山区高速公路高边坡稳定性问题已成为威胁施工安全,制约工程进度,影响安全运营的关键技术问题。虽然在勘察和设计阶段均对边坡稳定性进行了研究,但由于我国现阶段公路工程勘察设计的特点,许多边坡地质问题在勘察和设计阶段很难暴露出来,迫切需要一套适合山区高速公路的高边坡动态支护设计理论和方法体系。本文通过对汤屯高速公路大量高边坡岩体结构特征和变形破坏模式研究,遵循定性分析与定量评价相结合的基本学术思想,系统总结了公路边坡主要支护措施及其适用条件,提出了基于支护的边坡地质工程分类方案,在此基础上,对不同类型的边坡稳定性评价方法及支护方案进行优选,得出适合不同类型边坡的稳定性评价方法及支护方案,并通过边坡监测反馈分析实现边坡动态设计及信息化施工。 论文以研究区地质环境条件为背景,从施工期高边坡地质条件调查复核入手,以边坡岩体结构特征和变形破坏模式为主线,以边坡稳定性评价为基础,对高边坡施工期动态设计工作进行系统总结,细化、深化边坡岩体结构特征调查、变形破坏模式分析、基于支护的地质工程分类、支护设计适宜性评价、监测反馈等相关工作的方法、过程,并以研究区内块状、板裂两类特殊岩体结构高边坡为例进行深入分析,进行全过程动态设计研究。通过这些工作,以期获得一套基于地质工程原理,具有一定理论意义并可指导工程实践的高速公路高边坡稳定性评价及动态设计的研究方法、工作流程。 通过上述研究,在边坡地质工程分类、稳定性评价方法及动态支护设计方面取得了一定的进展,主要包括: (1)针对山区高等级公路的地质复杂性和公路建设过程中对边坡稳定性评价的要求,基于地质过程机制分析和变形控制的基本思想,提出了一套山区高等级公路高边坡稳定性评价和动态设计的地质工程分析理论和评价方法。即:以边坡岩体结构特征和变形破坏模式研究为基础,以服务于支护设计的边坡地质工程分类为核心,通过对不同结构类型边坡稳定性评价方法及支护设计方案的优选,建立了一套适合山区高速公路高边坡动态支护设计的理论和方法体系,形成了“地质条件详细调查—岩体结构现场描述—边坡变形破坏模式分析—基于地质过程的定性与定量稳定性评价—灾害控制与支护优化设计—监测反馈分析”的工作方法,发展了针对高边坡具体地质条件的非模式化优化设计的理念和方法。 (2)系统研究了适于边坡稳定性评价和支护设计的岩体结构评价方法。建立了适合山区公路边坡的岩体结构分类方案,将岩体结构分为块状结构、次块状结构、碎块状结构、碎裂结构和散体结构;根据公路边坡的特点,建立了结构面分级和现场描述体系,将结构面分为三类,控制性软弱结构面、一般性软弱结构面和裂隙类结构面;在此基础上研究了边坡岩体结构分区的方法。 (3)在边坡主要支护措施总结及其适宜性研究的基础上,通过对滑坡体、潜在圆弧形破坏、深部块体失稳、浅表层块体失稳四种常见类型边坡的支护方案设计研究,系统总结了边坡支护设计方案和对应的具体支护措施,按照支护措施特点和支护工程强度将边坡的支护方案类型划分为削方减载、强支护、弱支护、坡面防护四种类型,并研究了各种支护方案的适用范围。 (4)建立了基于支护的边坡地质工程分类方案。根据边坡的岩体结构特征和变形破坏模式将边坡分为块状结构边坡、板裂结构边坡、碎裂结构边坡和散体结构边坡,分别研究了各类边坡形成的地质条件、影响稳定性的因素、主要变形破坏模式,并研究了它们对应的边坡支护方案和具体支护措施,有利于在公路施工过程中根据边坡类型快速选择支护设计方案。 (5)对汤屯高速公路沿线分布较广的块状结构岩体边坡,在块体理论的基础上,建立了基于运动学原理的离散元模拟技术的关键块体搜索方法和基于块体理论的关键块体稳定性评价方法,即采用离散元方法确定关键块体,再利用基于强度理论的块体稳定性分析方法评价关键块体稳定性,然后根据边坡岩体结构特征及变形破坏模式提出设计方案和具体支护措施,最后利用离散元方法评价支护后边坡稳定性状况,并通过监测反馈分析实现动态设计,发展了块状结构边坡稳定性评价及支护设计方法。 (6)首次对皖南山区古老板裂化变质岩边坡的形成机制和失稳模式进行系统研究,并提出针对性的稳定性评价方法和支护设计对策。研究区板裂岩体边坡主要有顺层和反倾两种类型,根据公路沿线大量倾倒变形体岩体结构特征的研究,将倾倒变形体分为板柱状倾倒变形体、碎裂状倾倒变形体、散体状倾倒变形体三种类型。通过深入分析,总结了板裂岩体边坡变形破坏模式、稳定性评价及动态设计方法,并提出了相应的支护方案。 【关键词】：地质工程 边坡分类 稳定性评价 动态设计 块状结构边坡 板裂结构边坡
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：U416.14
【DOI】：CNKI:CDMD:1.2008.086138
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第1章 引言13-33
• 1.1 选题依据与研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-29
• 1.2.1 岩体结构特征研究14-18
• 1.2.2 边坡变形破坏模式研究18-20
• 1.2.3 高边坡稳定性评价研究20-23
• 1.2.4 高边坡支护设计研究23-25
• 1.2.5 块状结构岩体边坡研究25-27
• 1.2.6 板裂结构岩体坡研究27-28
• 1.2.7 高边坡监测反馈研究28-29
• 1.3 研究技术路线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 取得的主要成果和创新点31-33
• 第2章 研究区地质环境条件33-40
• 2.1 气象水文33
• 2.2.1 气象33
• 2.2.2 水文33
• 2.2 地形地貌33-35
• 2.3 地层岩性35-36
• 2.3.1 地层35-36
• 2.3.2 岩浆岩36
• 2.4 地质构造36-38
• 2.4.1 褶皱构造36-37
• 2.4.2 断陷盆地37
• 2.4.3 断裂构造37-38
• 2.5 水文地质条件38-39
• 2.6 地震39-40
• 第3章 边坡岩体结构特征研究40-54
• 3.1 概述40-41
• 3.2 岩体结构分类体系41-44
• 3.2.1 现有岩体结构分类体系41-42
• 3.2.2 汤屯高速公路岩体结构分类体系42-44
• 3.3 结构面的工程地质分级44-48
• 3.3.1 现有结构面分级体系44-46
• 3.3.2 汤屯高速公路结构面分级体系46-48
• 3.4 结构面的现场描述体系48
• 3.5 边坡岩体结构工程地质分区48-53
• 3.5.1 边坡岩体结构工程地质分区原则48-50
• 3.5.2 边坡岩体结构工程地质分区50-53
• 3.6 小结53-54
• 第4章 边坡变形破坏模式研究54-72
• 4.1 概述54
• 4.2 边坡变形破坏模式及其发育条件54-64
• 4.2.1 边坡块体失稳的基本特征55-58
• 4.2.2 边坡顺层滑移的基本特征58-60
• 4.2.3 边坡倾倒变形的基本特征60-63
• 4.2.4 边坡圆弧型滑移的基本特征63-64
• 4.3 汤屯高速公路边坡主要变形破坏类型64-66
• 4.4 边坡变形破坏模式与岩体结构关系66-69
• 4.5 汤屯高速公路重要边坡变形破坏模式69-71
• 4.6 小结71-72
• 第5章 基于支护的边坡地质工程分类研究72-96
• 5.1 概述72
• 5.2 公路边坡支护方案设计及分类72-89
• 5.2.1 支护措施及其适宜性研究72-77
• 5.2.2 边坡支护方案设计77-87
• 5.2.3 公路边坡支护方案分类研究87-89
• 5.3 基于支护的边坡地质工程分类研究89-94
• 5.3.1 分类的目的和基本原则89-90
• 5.3.3 基于支护的边坡地质工程分类90-94
• 5.4 小结94-96
• 第6章 块状结构岩体边坡稳定性评价方法和支护设计地质工程研究96-115
• 6.1 概述96-97
• 6.2 块状结构岩体工程地质特性研究97-98
• 6.2.1 地质环境条件97-98
• 6.2.2 块状结构岩体地质特征98
• 6.3 块状结构岩体边坡变形破坏模式研究98-101
• 6.3.1 块体的基本类型98-100
• 6.3.2 块状结构边坡的基本变形破坏模式100-101
• 6.4 块状结构岩体边坡稳定性评价方法分析101-105
• 6.4.1 研究思路和方法101-102
• 6.4.2 复杂块体三维地质建模及关键块体的确定102-104
• 6.4.3 关键块体的稳定性评价104-105
• 6.5 工程治理分析105-106
• 6.6 典型实例分析106-115
• 6.6.1 边坡工程地质条件106
• 6.6.2 边坡变形破坏模式106-108
• 6.6.3 开挖边坡关键块体确定108-111
• 6.6.4 基于块体理论的关键块体稳定性分析111-112
• 6.6.5 支护优化设计112-115
• 第7章 板裂岩体边坡稳定性评价方法和支护设计地质工程研究115-144
• 7.1 概述115-118
• 7.1.1 板裂岩体特征115-116
• 7.1.2 板裂岩体边坡稳定性评价及灾害控制技术116-118
• 7.2 板裂结构边坡工程地质研究118-121
• 7.2.1 板裂岩体形成条件研究118-119
• 7.2.2 板裂结构边坡岩体结构特征119-120
• 7.2.3 板裂结构边坡分类120-121
• 7.3 板裂结构边坡变形破坏模式121-128
• 7.4 板裂岩体边坡稳定性评价128-138
• 7.4.1 顺层板裂岩体边坡128-136
• 7.4.2 反倾板裂岩体边坡136-138
• 7.5 板裂边坡支护方法研究138-144
• 7.5.1 顺层板裂岩体边坡支护方法研究139-142
• 7.5.2 倾倒变形岩体边坡支护方法研究142-144
• 第8章 高边坡监测与反馈分析研究144-158
• 8.1 概述144
• 8.2 监测仪器的选型及重点边坡的监测设计144-145
• 8.2.1 监测仪器设备选型144-145
• 8.2.2 边坡监测的布置145
• 8.3 边坡监测动态反馈145-147
• 8.4 汤屯高速公路2-7边坡监测与反馈分析147-157
• 8.4.1 多点位移计监测成果147-149
• 8.4.2 锚索测力计监测成果149-150
• 8.4.3 测斜孔监测成果150-155
• 8.4.4 边坡整体变形分析及应用155-157
• 8.5 小结157-158
• 结论158-160
• 致谢160-162
• 参考文献162-171
• 附录A 攻读博士学位期间发表的学术论文171-172
• 附录B 攻读博士学位期间参加的科研实践项目172