炭質(zhì)頁巖路塹邊坡變形破壞機理及穩(wěn)定性研究

隨著我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的大力推進，在公路、鐵路等大型基礎設施建設中不可避免地遇到炭質(zhì)頁巖。炭質(zhì)頁巖是一種軟巖，具有遇水軟化、崩解特性，易導致路塹邊坡滑塌、滑坡等地質(zhì)災害，炭質(zhì)頁巖路塹邊坡的變形與破壞已成為制約該地區(qū)高速公路建設的一個主要瓶頸。 本課題通過現(xiàn)場監(jiān)測、室內(nèi)試驗、理論分析和數(shù)值模擬，研究炭質(zhì)頁巖路塹邊坡變形破壞機理及穩(wěn)定性，其成果對軟巖邊坡災害防治具有重要的理論價值和工程應用價值。取得如下主要研究成果： （1）通過X射線能譜分析、X射線衍射、掃描電鏡、氮吸附等測試手段對不同浸水時間的炭質(zhì)頁巖進行分析，結(jié)果表明：在蒸餾水中浸泡30d后其礦物成分中產(chǎn)生了伊/蒙混層礦物；炭質(zhì)頁巖主體支撐骨架是由片層狀顆粒體堆疊而成，呈現(xiàn)排列有序、致密的面-面接觸形式，巖體孔隙孔徑分布在3~28nm范圍，其中在3~7nm范圍的孔隙所占比例較高。隨著浸水時間的增長，片層狀顆粒體逐漸被侵蝕，由面-面接觸形式逐漸變成點-面接觸形式，微觀結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，孔隙孔徑變小但孔隙率卻增加。浸水30d后巖體孔隙孔徑分布在1~28nm范圍之內(nèi)，其中在1~7nm范圍的孔隙所占比例較高。 （2）基于正交試驗設計和灰色關聯(lián)理論，對邊坡穩(wěn)定性影響因素進行敏感性分析，得到多個影響因素敏感性排序為：內(nèi)摩擦角>重度>粘聚力>邊坡高度>邊坡角>巖層傾角，單個影響因素的敏感性排序為：內(nèi)摩擦角>重度>粘聚力>巖層傾角>邊坡高度>邊坡角。 （3）以灰色理論、突變理論和工程類比法等理論為基礎，對炭質(zhì)頁巖路塹邊坡的變形和失穩(wěn)破壞預測預警方法進行研究得到了炭質(zhì)頁巖路塹邊坡在不同預警等級下的閥值，對災害預防和保障人們的安全出行具有積極的作用。 （4）采用離心模型試驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對炭質(zhì)頁巖路塹邊坡變形破壞機理進行了研究。研究不同坡角、坡高、巖層傾角條件下的炭質(zhì)頁巖路塹邊坡的坡頂沉降量、坡面水平位移、邊坡整體位移等，通過分析得到相應變量的變化規(guī)律。結(jié)果表明：離心模型試驗得到的數(shù)據(jù)普遍比數(shù)值模擬得到的數(shù)據(jù)偏大，但兩種方法得到的邊坡變形規(guī)律相吻合。 （5）對含軟弱夾層炭質(zhì)頁巖路塹邊坡采用預應力錨索 坡面掛網(wǎng)噴射混凝土的方法進行加固處理，結(jié)果表明該加固方案具有很好的加固效果。

隨著我國西部高速公路建設的迅速發(fā)展，許多公路將在炭質(zhì)頁巖（泥巖）地區(qū)建設，炭質(zhì)頁巖遇水軟化崩解特性導致路塹邊坡滑塌、滑坡等地質(zhì)災害時有發(fā)生，炭質(zhì)頁巖路塹邊坡差異風化和流變特性直接影響邊坡的長期穩(wěn)定性，炭質(zhì)頁巖路塹邊坡變形與破壞已成為制約高速公路建設的一個主要瓶頸。為此，本項目通過對炭質(zhì)頁巖路塹邊坡結(jié)構(gòu)特征與結(jié)構(gòu)類型的研究，分析炭質(zhì)頁巖邊坡的失穩(wěn)模式，建立三維炭質(zhì)頁巖路塹邊坡工程質(zhì)模型；通過室內(nèi)試驗、原位試驗、模型試驗和數(shù)值模擬與理論分析，系統(tǒng)研究炭質(zhì)頁巖水軟化微結(jié)構(gòu)損傷破壞機制，炭質(zhì)頁巖路塹邊坡的變形破壞機理，建立差異風化型軟巖路塹邊坡力學分析模型與穩(wěn)定性評價方法；建立軟巖路塹邊坡防護理論、技術(shù)方法。其成果將對軟巖邊坡災害防治具有重要的理論價值和工程應用價值。

學科：工程地質(zhì)學

詞目：路塹邊坡變形

英文：cutting slope deformation2100433B

《路塹邊坡變形監(jiān)測與穩(wěn)定性安全評估方法》以邊坡開挖卸荷的力學機理理論及邊坡巖土體蠕動變形理論基礎為出發(fā)點，結(jié)合在福建山區(qū)高速公路邊坡建設過程開展的大量深孔位移監(jiān)測數(shù)據(jù)成果，對路塹邊坡的歷時變形規(guī)律進行研究?！堵穳q邊坡變形監(jiān)測與穩(wěn)定性安全評估方法》對于從事高速公路邊坡設計、施工及運營中的高速公路邊坡穩(wěn)定性評價與滑坡防治的工程技術(shù)人員有很好的借鑒和參考作用。