黄土高填方边坡失稳机理和临灾预警判据研究

发布时间：2017-10-16 21:13

  本文关键词：黄土高填方边坡失稳机理和临灾预警判据研究

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【摘要】：大型工程项目在我国黄土丘陵地区的开展日益增多,为了在有限的空间得到足够的可利用面积,通常需要挖山填沟造地形成了大量单级高度40~50m的高填方边坡,但是填方边坡材料较为复杂,力学性质差异较大,施工压实度控制难度大,不同坡段的碾压遍数、碾压速度、碾压厚度和含水率均不一致,且从而使高填方边坡变形破坏成为黄土地区最危险的地质活动之一,其严重影响黄土地区的经济建设和城市化进程。本文以国内某高填方边坡为研究对象,其最大高度超过40m,以锚拉桩板墙和加筋挡土墙联合支挡,结合野外调查和勘察资料,了解研究区的地质概况与基本特征;依据室内试验,掌握填方区工程地质条件,建立填方加载边坡地质结构模型;通过研究区高填方边坡回填加载支挡结构变形与监测分析,研究抗滑桩、桩间板变形机制;根据力学理论和借助数值分析高填方坡体加载过程力学-变形响应特征分析,从而对高填方边坡变形破坏演化与失稳机理进行剖析,最后根据监测数据,运用变形-时间的变形曲线特征和切线角理论,建立高填方边坡变形破坏动态预报体系,主要研究主要成果如下:(1)通过对室内非饱和土实验研究得出抗剪强度参数粘聚力和内摩擦角随含水量的增通过曲线y=0.2225x~2-15.422x+270.12和y=-0.0142x~2+0.2673x+29.03拟合,两者基本呈抛物线型变化趋势;而抗剪强度参数内摩擦角和粘聚力随基质吸力的变化则经过拟合基本呈现出y=0.0488x+23.04和y=0.04775x+0.827线形递增的趋势,而粘聚力的增幅与基质吸力之差的比值即是非饱和土的抗剪参数bf=25.33°。(2)基于压力板仪实验测出的土水特征曲线提出非饱和土体的新的强度公式,通过与非饱和土实验所得的抗剪强度与其他公式和本文提出的新强度公式进行误差对比分析,误差较其他公式小,为非饱和土的强度分析提供理论依据。(3)桩间板主要发育挤张裂缝,裂缝从下部产生,往上部延伸;缝宽达到3mm(可直接观测到)以上的裂缝占总条数比例随工期不断增加,最终在桩板墙中部形成一道 破裂线‖;同时每块挡土板的裂缝由中部产生往两侧扩展;(4)桩体上表现主要为鼓胀裂缝和剪扭裂缝,在支护区的中部鼓胀裂缝始于外表面,向左右两侧延伸,宽度0.2~1.04mm,几乎呈闭合状态,裂缝稍有倾斜基本水平,呈波状型,内无填充,也基本上为 中部宽两边窄‖的羽状鼓胀裂缝,外侧与左右连通的水平鼓胀裂缝基本上集中在距地面1.5~2.0m的桩体锚头附近,在左侧延伸稍短,主要是由于剪力和弯矩的共同作用下会造成悬臂段桩身产生 危险截面‖,截面以鼓胀裂缝形式表现出形变,当该截面所受外力超过其混凝土弹性形变量时,桩体会产生弯曲变形甚至破坏;(5)现场采用IBIS-L系统监测技术对A1区支护结构的变形进行实时监测。对监测数据进行分析,生成的位移云图反应出A1区支护结构表现出明显的 区域特性‖,位移增量较大的区域在支护区中部 圆弧‖区,即50~67#抗滑桩段,其次为68~78#抗滑桩段,位移增量相对较小的区域为20~49#抗滑桩段。(6)边坡在降雨过后产生的位移增量,在降雨初期和土体初始的含水率、渗透系数有很大的关系。初次大规模降雨入渗,降雨强度往往小于坡体的入渗率,使得雨水几乎全部入渗到土体内,随之的降雨延时效应也就比较不明显,往往在降雨过后的十几个小时内开始出现位移增长,并很快到达最大值。(7)根据高填土边坡支挡的微变特征和破坏特征分析,可将高填方边坡变形破坏的形成和演化可以概括为 蠕滑—滑移—溃滑‖;(8)通过长期监测,黄土高填方支挡边坡蠕滑拉裂阶段的最大变形速率为0.049mm/h,而在滑移拉裂阶段的变形速率为2.01mm/h,而高填方支挡边坡蠕滑拉裂转化为滑移拉裂的临界变形值则为0.89mm/h;(9)根据支挡结构的产生的累计变形监测曲线的切线角变化和变形加速曲线的特征分析,构建高填方边坡动态破坏体系,研究表明切线角大于75°,加速度由0 mm/h~2剧增到8.9mm/h~2时作为高填方边坡失稳判据。
【关键词】：黄土 高填方边坡 IBIS-L监测 数值模拟 失稳机理 失稳判据
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU444
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究意义及选题依据11-12
• 1.1.1 研究意义11
• 1.1.2 选题依据11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 高填方边坡研究现状12
• 1.2.2 滑坡形成机理研究现状12-13
• 1.2.3 边坡监测和临灾预警研究13-14
• 1.3 研究内容及技术路线14-17
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 技术路线15-17
• 第2章 区域工程概况及地质概况17-23
• 2.1 工程概况17-18
• 2.2 地形地貌18-19
• 2.3 地层岩土性质19
• 2.4 地质构造19-20
• 2.4.1 区域地质构造19-20
• 2.4.2 新构造运动及地震20
• 2.5 水文和气象条件20-21
• 2.6 不良地质现象和冻土深度21-23
• 第3章 高填方边坡土体物理力学特性研究23-52
• 3.1 原始边坡岩土体结构分布特征23-24
• 3.2 高填方区域土体物理力学特性24-29
• 3.2.1 高填方区黄土的基本物理性质指标24-25
• 3.2.2 高填方区黄土湿陷性评价25-27
• 3.2.3 高填方区黄土压缩性性评价27-28
• 3.2.4 填方填料性质28-29
• 3.3 填方土体的渗透性29-32
• 3.3.1 基于GDS的饱和土三轴渗透试验29-30
• 3.3.2 渗透系数的影响因素分析30-32
• 3.4 饱和黄土力学特性研究32-37
• 3.4.1 应力应变关系曲线分析32-34
• 3.4.2 饱和黄土参数性质分析34-37
• 3.5 非饱和黄土的力学特征研究37-50
• 3.5.1 土水特征曲线的试验研究38-42
• 3.5.2 非饱和土体的渗透性42-44
• 3.5.3 非饱和土体的强度特征44-50
• 3.6 本章小结50-52
• 第4章 高填方边坡回填加载支挡结构变形与监测分析52-74
• 4.1 高填方边坡支护方案52-53
• 4.2 黄土高填方边坡回填加载支挡结构变形53-59
• 4.2.1 黄土高填方边坡支挡结构沉降53-55
• 4.2.2 黄土高填方边坡支挡结构桩体变形55-57
• 4.2.3 黄土高填方边坡支挡结构桩间板变形57-59
• 4.3 高填方边坡支挡结构变形监测59-63
• 4.3.1 IBIS-L地形微变远程监测目的及原理59-63
• 4.3.2 IBIS-L系统组成63
• 4.4 黄土高填方边坡微变监测特征分析63-73
• 4.4.1 监测过程及仪器参数设定63-64
• 4.4.2 监测数据的处理64-66
• 4.4.3 研究区域位移变化和不同部位监测点位移变化分析66-69
• 4.4.4 高填方边坡支挡结构微变与降雨的关系69-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第5章 高填方边坡变形破坏演化与失稳机理研究74-119
• 5.1 高填方坡体加载过程力学-变形响应特征分析76-96
• 5.1.1 高填方坡体模型的建立及参数的选取77-80
• 5.1.2 高填方坡体加载过程变形响应特征分析80-87
• 5.1.3 高填方坡体加载过程支护体系力学响应特征分析87-96
• 5.2 影响高填方边坡稳定性的因素分析96-107
• 5.2.1 原始边坡的地形地貌的影响96
• 5.2.2 填方土体压实度的影响96-103
• 5.2.3 肆意加载和不当施工的影响103-105
• 5.2.4 降雨的影响105-107
• 5.3 高填方边坡变形破坏演化107-117
• 5.3.1 加载初期坡体产生蠕滑拉裂107
• 5.3.2 沿滑移面产生滑移拉裂107
• 5.3.3 高填方边坡整体失稳107-117
• 5.4 高填方边坡变形破坏机理分析117-118
• 5.5 本章小结118-119
• 第6章 高填方边坡临灾预警判据研究119-128
• 6.1 高填方边坡变形-时间曲线特征与临灾预警值确定119-124
• 6.1.1 高填方边坡变形演化曲线的特征120
• 6.1.2 高填方支挡边坡临灾判识研究120-124
• 6.2 高填方边坡预警级别的划分124-125
• 6.3 高填方边坡动态破坏体系构建125-127
• 6.4 本章小结127-128
• 结论128-130
• 致谢130-132
• 参考文献132-136
• 攻读硕士期间取得成果136

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本文编号：1044927