炭質(zhì)頁巖路塹邊坡變形破壞機(jī)理及穩(wěn)定性研究結(jié)題摘要

隨著我國(guó)西部大開發(fā)戰(zhàn)略的大力推進(jìn)，在公路、鐵路等大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(dǎo)致路塹邊坡滑塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)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(shè)的一個(gè)主要瓶頸。 本課題通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、室內(nèi)試驗(yàn)、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(jī)理及穩(wěn)定性，其成果對(duì)軟巖邊坡災(zāi)害防治具有重要的理論價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)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(cè)試手段對(duì)不同浸水時(shí)間的炭質(zhì)頁巖進(jìn)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(shí)間的增長(zhǎng)，片層狀顆粒體逐漸被侵蝕，由面-面接觸形式逐漸變成點(diǎn)-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(yàn)設(shè)計(jì)和灰色關(guān)聯(lián)理論，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響因素進(jìn)行敏感性分析，得到多個(gè)影響因素敏感性排序?yàn)椋簝?nèi)摩擦角>重度>粘聚力>邊坡高度>邊坡角>巖層傾角，單個(gè)影響因素的敏感性排序?yàn)椋簝?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(chǔ)，對(duì)炭質(zhì)頁巖路塹邊坡的變形和失穩(wěn)破壞預(yù)測(cè)預(yù)警方法進(jìn)行研究得到了炭質(zhì)頁巖路塹邊坡在不同預(yù)警等級(jí)下的閥值，對(duì)災(zāi)害預(yù)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(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)炭質(zhì)頁巖路塹邊坡變形破壞機(jī)理進(jìn)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(yīng)變量的變化規(guī)律。結(jié)果表明：離心模型試驗(yàn)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(duì)含軟弱夾層炭質(zhì)頁巖路塹邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索 坡面掛網(wǎng)噴射混凝土的方法進(jìn)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(guó)西部高速公路建設(shè)的迅速發(fā)展，許多公路將在炭質(zhì)頁巖（泥巖）地區(qū)建設(shè)，炭質(zhì)頁巖遇水軟化崩解特性導(dǎo)致路塹邊坡滑塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，炭質(zhì)頁巖路塹邊坡差異風(fēng)化和流變特性直接影響邊坡的長(zhǎng)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(shè)的一個(gè)主要瓶頸。為此，本項(xiàng)目通過對(duì)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(yàn)、原位試驗(yàn)、模型試驗(yàn)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(jī)制，炭質(zhì)頁巖路塹邊坡的變形破壞機(jī)理，建立差異風(fēng)化型軟巖路塹邊坡力學(xué)分析模型與穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法；建立軟巖路塹邊坡防護(hù)理論、技術(shù)方法。其成果將對(duì)軟巖邊坡災(zāi)害防治具有重要的理論價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)值。

學(xué)科：工程地質(zhì)學(xué)

詞目：路塹邊坡變形

英文：cutting slope deformation2100433B

《路塹邊坡變形監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定性安全評(píng)估方法》以邊坡開挖卸荷的力學(xué)機(jī)理理論及邊坡巖土體蠕動(dòng)變形理論基礎(chǔ)為出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合在福建山區(qū)高速公路邊坡建設(shè)過程開展的大量深孔位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果，對(duì)路塹邊坡的歷時(shí)變形規(guī)律進(jìn)行研究。《路塹邊坡變形監(jiān)測(cè)與穩(wěn)定性安全評(píng)估方法》對(duì)于從事高速公路邊坡設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)中的高速公路邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與滑坡防治的工程技術(shù)人員有很好的借鑒和參考作用。