季冻区隧道洞口岩质边坡稳定性研究

发布时间：2020-06-19 15:44

【摘要】：在我国秦岭-淮河以北大部地区及四川盆地西部,分布着约占国土总面积50%的季节冻土区。随着国家经济的快速发展,越来越多的大型工程在季冻区建成,这些地区在工程建设过程中面临的冻害问题突出,在公路铁路和水利水电等基础工程建设领域往往会遇到边坡失稳问题。在季冻区修建的边坡工程中,边坡岩体由于风化或构造作用导致节理分布,节理面作为岩体的软弱结构面,其强度往往对边坡工程稳定具有决定性作用。对于季冻区岩质边坡工程,其破坏的多发季节之一为冬春交替季节,其主要原因是随着冬季气温的下降,岩质边坡节理面间地下水冻结,因水冰相变产生约9%的体积膨胀,此时结构面受到显著的冰压力作用而扩展错位,导致坡体产生向临空面方向的位移;在春季升温过程中,坡体表层冰雪及坡内冰融化入渗节理间,导致坡体内结构面胶结性质弱化,同时剪切强度降低,边坡发生失稳破坏。边坡失稳影响季冻区工程的建设、运营,同时威胁着人民生命财产安全,因此研究冻结和融化情况下岩质边坡稳定性对季冻区边坡工程的建设有重要的实际意义。本文以吉林省集双高速公路泉太隧道洞口边坡为研究对象,通过调查边坡工程地质条件,得到影响边坡稳定的因素,在此基础上分析泉太隧道洞口边坡破坏模式,并建立地质力学模型;同时采集边坡结构面试样进行室内冻结剪切试验,研究在冻结条件下岩石节理面的剪切力学性质,同时查阅前人对岩石节理面剪切力学性质的研究,将冻结和融化情况下的剪切力学参数应用到地质力学模型中,通过极限平衡法对边坡进行稳定性计算,运用FLAC~(3D)数值模拟软件对边坡稳定性验算,提出对岩质边坡的综合稳定性评价。本文主要获得如下研究成果:(1)根据节理面冻结剪切试验,分析冻结岩石节理面的破坏模式及其破坏机理,提出节理面冻结剪切强度的影响因素及计算公式,同时根据破坏机理和试验结果获得抗剪强度最小的破坏模式和条件,计算出该条件下的力学参数,并提出该条件下的剪切位移公式。(2)分析季冻区岩质边坡的破坏模式和影响边坡稳定性的内外部条件,同时调查集双高速公路泉太隧道的自然地理和地质环境,对洞口边坡采用地质调查和钻探取芯的方式获得边坡节理面的产状,提出影响边坡稳定性的影响因素。(3)根据试验获得的节理剪切力学参数,并结合边坡节理的发育情况,确定边坡的破坏模式,分别提出冻结和融化情况下的地质力学模型。采用极射赤平投影对边坡稳定性进行定性分析,并采用极限平衡方法对边坡在冻结及融化条件下进行危险性评估。结果表明在冻结情况下边坡呈稳定状态,在融化条件下边坡抗滑力迅速降低,边坡有失稳的危险。(4)结合试验获得的节理面不同情况下的力学参数,通过FLAC~(3D)有限差分法分析不同工况下边坡的安全稳定性系数并与理论分析计算作对比,验证地质模型的可靠性,通过综合评价发现边坡在融化条件下有失稳风险。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U452.11
【图文】：

表2.4 基准配合比水胶比 减水剂与胶凝材料比 硅粉与胶凝材料比 硅砂比 沙的细度模数0.3 0.015 0.1 1:1.5 2.5在试件复制前，先将原始试件节理面朝上放置于标准尺寸模具盒内，在节理面以外的地方铺一层细沙并铺上隔离薄膜，使细沙和隔离膜高于节理面约1cm，清理节理面并在节理面上刷植物油，然后浇筑配合好的水泥砂浆，用振动棒和平板振动器充分振捣，然后将浇筑平面抹平。养护24h后拆除模具，取出复制试件，常温下标准湿养28天，即得到节理力学性质和凸起与原始试件相同的复制试件，用同样方法复制另一半复制试件，获得完全耦合的人造节理 。复制试件养护完成后，将每组复制节理面以耦合方向放置于整理箱中，每个整理箱中可放入两组复制节理面，将节理面以外的整理箱空隙用高密度 EPS 泡沫板填充，填充稳固后向整理箱内充满纯净水。然后将整个整理箱放入冰箱进行冻结，在-20℃温度下冻结 16h，冻结前后的试件如图 2.2 所示。

第 2 章 冻结岩石节理直剪试验辨率为 1.44×106 pixel，范围为 200 mm×150 mm～400 mm×300 mm，最高测量精度为 0.02 mm，一次测量仅需 10 s，如图 2.3 所示。(2)长沙亚星岩石节理剪切渗流耦合试验机：主要由计算机、竖向加载控制器、横向加载控制器、横向油缸、竖向油缸等组成。竖向荷载和水平荷载范围均为0~600KN ，竖向位移范围 0~25mm ，水平位移范围 0~20mm ，剪切盒大小200×100×100mm（长×宽×高），精度满足试验机国家一级标准，如图 2.4 所示。(3)YE2539 高速静态应变仪：主要由单片机、位移计、计算机组成。其测距为 25mm，精度 0.01mm，如图 2.5 所示。(4)美菱低温试验冰箱：容积 50L，温度范围-10℃~-65℃。

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 郑炎;;对公路岩质边坡失稳及防治的分析[J];佳木斯职业学院学报;2018年01期

2 黄景春;宁立波;魏桦;;岩质边坡覆绿技术研究进展[J];湖南工业职业技术学院学报;2018年02期

3 秦哲;亓超;付厚利;郭少华;;高陡岩质边坡削坡工程中的稳定性研究[J];煤炭技术;2016年11期

4 徐镇凯;张林;魏博文;黄海鹏;王锋;;基于组合赋权的岩质边坡安全稳定性综合评价模型[J];长江科学院院报;2016年12期

5 杨君;;水电站顺层岩质边坡的稳定性分析[J];山东工业技术;2017年02期

6 彭燕;成玉佳;;反倾岩质边坡变形影响因素的分析[J];科技经济导刊;2017年01期

7 荣耀;吴文清;王伟;徐志华;毛梦芸;胡致远;;基于离散元的碎裂岩质边坡卸荷松弛特征研究[J];金属矿山;2017年04期

8 郭双枫;李宁;姚显春;寇昊;;层状岩质边坡稳定性影响因素及精度问题研究[J];地震工程学报;2017年02期

9 张文平;;浅析高陡岩质边坡地质灾害勘查[J];中国金属通报;2017年07期

10 高定勇;;高陡岩质边坡地质灾害勘察设计[J];建材与装饰;2016年13期

相关会议论文 前10条

1 王禹良;孙文怀;;岩质边坡变形的灰色系统理论建模预测[A];岩石力学与工程应用——河北省岩石力学与工程学会学术研讨会论文集[C];1990年

2 田维强;林德洪;杨承富;;思南县城某近水平层状岩质边坡变形特征及成因机制分析[A];贵州省岩石力学与工程学会2010年学术年会论文集[C];2010年

3 吴言军;陈爱新;;北京山区岩质边坡失稳破坏模式及防治措施[A];第十二次全国岩石力学与工程学术大会会议论文摘要集[C];2012年

4 林从谋;陈泽观;;水作用下岩质边坡稳定性及可靠度分析[A];第九届全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2006年

5 程圣国;叶永;杨俊晓;;顺层岩质边坡临界坡长求解研究[A];第二届湖北省力学学会青年学术研讨会论文集[C];2006年

6 钱俊锋;黄益灵;;反倾岩质边坡的稳定性分析——以嘎夏帕滑坡工程为例[A];防治地灾 除险安居——浙江省地质学会2017年学术年会论文集[C];2017年

7 方军;李庶林;胡静云;;露地联采高陡岩质边坡稳定性微震监测应用初步研究[A];第24届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅱ册）[C];2015年

8 郭代培;;两种方法模拟波浪荷载对岩质边坡作用的比较[A];和谐地球上的水工岩石力学——第三届全国水工岩石力学学术会议论文集[C];2010年

9 刘宏;宋建波;向喜琼;;缓倾角层状岩质边坡小危岩体失稳破坏模式与稳定性评价[A];贵州省岩石力学与工程学会2010年学术年会论文集[C];2010年

10 李明连;苏文聪;龙喜春;;应用矢量图解法分析岩质边坡的稳定性[A];中国地质学会工程地质专业委员会2006年学术年会暨“城市地质环境与工程”学术研讨会论文集[C];2006年

相关重要报纸文章 前4条

1 冯顺剑 徐礼根 余清仔;高速公路岩质边坡5项稳定措施[N];中国花卉报;2007年

2 本报记者 骆会欣;岩质边坡植被重建生态效果如何评价[N];中国花卉报;2008年

3 西南交通大学 刘承雨;地震作用下青川窝前顺层岩质边坡的变形破坏机理分析[N];山西青年报;2013年

4 张涛;为山体“疗伤”[N];中国国土资源报;2006年

相关博士学位论文 前10条

1 刘兴宗;蓄水期高陡岩质边坡微破裂机理与稳定性分析[D];大连理工大学;2018年

2 朱晗迓;破碎岩质边坡锚固技术研究[D];浙江大学;2005年

3 吴曙光;建筑岩质边坡稳定与控制研究[D];重庆大学;2005年

4 白云峰;顺层岩质边坡稳定性及工程设计研究[D];西南交通大学;2005年

5 冯君;顺层岩质边坡开挖稳定性及其支护措施研究[D];西南交通大学;2005年

6 刘红帅;岩质边坡地震稳定性分析方法研究[D];中国地震局工程力学研究所;2006年

7 彭文祥;岩质边坡稳定性模糊分析及耒水小东江电站左岸滑坡治理研究[D];中南大学;2004年

8 杜太亮;岩质边坡智能化位移反分析及工程应用[D];重庆大学;2006年

9 张电吉;裂隙岩质边坡渗流场与应力场耦合分析及工程应用[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2003年

10 李克钢;岩质边坡稳定性分析及变形预测研究[D];重庆大学;2006年

相关硕士学位论文 前10条

1 韩亚鲁;季冻区隧道洞口岩质边坡稳定性研究[D];吉林大学;2019年

2 廖明武;地震和渗流作用下岩质边坡稳定性的离散元模拟及复杂网络评价[D];湘潭大学;2018年

3 成涛;鄂西山区顺层岩质边坡失稳机制与防治技术研究[D];武汉理工大学;2018年

4 于德顺;建筑岩质边坡桩基受力特性及边坡稳定性分析[D];重庆大学;2018年

5 赵晓东;基于改进Sarma法的边坡稳定性分析[D];合肥工业大学;2018年

6 徐淑珍;地震动作用下岩质边坡破裂规律研究[D];成都理工大学;2018年

7 赵聪;岩质边坡“锁固段”岩桥脆性破坏机理研究[D];成都理工大学;2018年

8 龚芯磊;岩质边坡稳定性分析研究[D];长安大学;2018年

9 陈玺;岩质边坡倾倒破坏稳定与变形机理研究[D];西安理工大学;2018年

10 周宇;同时考虑平动和转动效应的节理岩质边坡的塑性极限分析[D];昆明理工大学;2018年

本文编号：2721005