西北地區(qū)高陡特殊巖土邊坡失穩(wěn)機(jī)制與整治

前言

1 緒論 1

1.1 西北地區(qū)特殊巖土高陡邊坡概述 1

1.1.1 高陡黃土邊坡 1

1.1.2 高陡鹽漬土邊坡 2

1.1.3 高陡泥砂巖互層邊坡 2

1.2 高陡邊坡失穩(wěn)機(jī)制研究現(xiàn)狀 3

1.2.1 高陡黃土邊坡失穩(wěn)機(jī)制研究現(xiàn)狀 3

1.2.2 高陡鹽漬土邊坡失穩(wěn)機(jī)制研究現(xiàn)狀 4

1.2.3 高陡泥砂巖互層邊坡失穩(wěn)機(jī)制研究現(xiàn)狀 5

參考文獻(xiàn) 6

2 高陡黃土邊坡失穩(wěn)機(jī)制與整治 7

2.1 工程背景 7

2.2 寶中線大寨嶺黃土高路堤滑坡機(jī)制研究 8

2.2.1 寶中線大寨嶺黃土高路堤滑坡成因分析 9

2.2.2 室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場試驗(yàn) 10

2.2.3 黃土滑坡最不利滑動(dòng)面綜合分析方法 16

2.3 寶中線大寨嶺黃土高路堤滑坡整治研究 22

2.3.1 m法和k法可靈活組合的剛性抗滑樁計(jì)算公式 29

2.3.2 有限元法在預(yù)應(yīng)力錨索樁設(shè)計(jì)計(jì)算中的應(yīng)用 39

2.3.3 三種典型水玻璃漿液在黃土中的凝膠特征 43

2.3.4 黃土及飽和黃土中水泥水玻璃注漿效果評價(jià) 48

2.3.5 寶中線大寨嶺黃土高路堤滑坡整治綜述 52

2.3.6 整治效果與驗(yàn)證 55

2.4 本章小結(jié) 58

參考文獻(xiàn) 59

3 高陡鹽漬土邊坡失穩(wěn)機(jī)制與整治 61

3.1 工程背景 61

3.2 南疆鐵路鹽漬土路基病害機(jī)理研究 61

3.2.1 南疆鐵路鹽漬土路基病害成因分析 61

3.2.2 常規(guī)試驗(yàn)研究 63

3.2.3 毛細(xì)水上升及次生鹽漬化試驗(yàn)研究 64

3.3 南疆鐵路鹽漬土路基病害整治研究 69

3.3.1 改良配方與試驗(yàn)方案 69

3.3.2 改良鹽漬土常規(guī)試驗(yàn)對比研究 70

3.3.3 改良鹽漬土毛細(xì)水上升及次生鹽漬化現(xiàn)象試驗(yàn)對比研究 75

3.3.4 改良鹽漬土鹽脹凍脹試驗(yàn)對比研究 81

3.3.5 整治效果與驗(yàn)證 94

3.4 本章小結(jié) 96

參考文獻(xiàn) 98

4 高陡泥砂巖互層邊坡失穩(wěn)機(jī)制與整治 99

4.1 工程背景 99

4.2 古浪軟硬互層邊坡崩塌機(jī)理研究 100

4.2.1 邊坡產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)與崩塌成因分析 100

4.2.2 砂泥巖互層邊坡膨脹性泥巖力學(xué)性能的試驗(yàn)研究 104

4.2.3 膨脹性順（互）層邊坡崩塌機(jī)制研究 114

4.3 古浪軟硬互層邊坡崩塌整治研究 120

4.3.1 綜合整治措施研究 120

4.3.2 錨桿框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析 123

4.3.3 整治效果與驗(yàn)證 144

4.4 本章小結(jié) 145

參考文獻(xiàn) 146

5 結(jié)論與展望 148

5.1 高陡黃土邊坡 148

5.2 高陡鹽漬土邊坡 149

5.3 高陡泥砂巖互層邊坡 149 2100433B

《西北地區(qū)高陡特殊巖土邊坡失穩(wěn)機(jī)制與整治》以實(shí)際工程為背景，以室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場試驗(yàn)和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，以理論分析和數(shù)值仿真研究為突破口，系統(tǒng)研究了西北地區(qū)高陡黃土、高陡鹽漬土、高陡泥砂巖互層三類特殊巖土邊坡失穩(wěn)形成原因和規(guī)律，并提出相應(yīng)的工程病害整治措施，為此類科學(xué)及工程問題的解決提供理論參考。

本項(xiàng)目通過對山區(qū)地表移動(dòng)觀測資料及滑坡調(diào)查資料的分析，結(jié)合遙感影響像資料數(shù)據(jù)，研究山區(qū)高陡邊坡滑坡（或崩塌）的地形特征參數(shù)，即坡高、坡長、坡度、坡向、采區(qū)地表及覆巖性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)礦區(qū)井上下對照圖分析采動(dòng)程度、開采深度、開采厚度、工作面尺寸與坡體的相對位置，以及推進(jìn)方向等采礦地質(zhì)因素與山區(qū)高陡邊坡變形的關(guān)系，確定引起高陡邊坡失穩(wěn)的相應(yīng)地質(zhì)采礦參數(shù)的臨界值，即引起采動(dòng)坡體滑坡或崩塌的條件，從而建立高陡邊坡滑坡（崩塌）與開采深度、開采厚度、采區(qū)工作面尺寸、工作面推進(jìn)方向、采動(dòng)程度、覆巖性質(zhì)、山區(qū)地形地貌特征、地表巖（土）層結(jié)構(gòu)與特性的關(guān)系模型，即高陡邊坡失穩(wěn)的判別模型。本項(xiàng)目的研究對山區(qū)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理、地質(zhì)災(zāi)害防護(hù)和礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。

特殊性巖土是指在特定的地理環(huán)境或人為條件下形成的具有特殊的物理力學(xué)性質(zhì)和工程特殊性巖土，以及特殊的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造的巖土。

如果在此類巖土上修建建筑物，在常規(guī)勘察不能滿足工程要求，為了安全和經(jīng)濟(jì)，需要在巖土工程勘察中采取特殊的方法研究和處理，否則會(huì)給工程帶來不良后果，特殊性巖土的種類很多，其分布一般具有明的地域性。2100433B

我國大約有三分之一的煤礦位于山區(qū)，由于山區(qū)的地形起伏，開采沉陷對地表的影響遠(yuǎn)大于平原地區(qū)，山區(qū)煤礦都有過不同程度的采動(dòng)滑坡，并在雨季伴有泥石流的發(fā)生，給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了嚴(yán)重影響，結(jié)合山區(qū)采動(dòng)地表移動(dòng)規(guī)律對山區(qū)高陡邊坡穩(wěn)定性及滑坡區(qū)域進(jìn)行分析預(yù)測，對山區(qū)煤礦減少災(zāi)害、安全生產(chǎn)服務(wù)、礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。根據(jù)本項(xiàng)目的研究內(nèi)容，取得如下進(jìn)展和成果： （1）在數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中，提出了應(yīng)用二維哈希算法對地形圖等高線點(diǎn)和高程點(diǎn)進(jìn)行去重，解決了海量數(shù)據(jù)去重耗時(shí)長，占用內(nèi)存大的問題。該算法可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的順序去重法，亦可用于海量數(shù)據(jù)的快速查詢，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 （2）從整理已有的山區(qū)地表移動(dòng)觀測資料入手，提出了濾波平滑處理具有大裂縫的非連續(xù)移動(dòng)變形觀測值的一種新的分析方法，通過應(yīng)用本方法，經(jīng)過濾波平滑處理后，將原實(shí)測數(shù)據(jù)的非連續(xù)性移動(dòng)變形曲線變成連續(xù)曲線，從而應(yīng)用連續(xù)性模型進(jìn)行擬合，而這一連續(xù)性模型就是該地質(zhì)采礦條件下的開采沉陷規(guī)律，實(shí)測值與平滑處理后值的差異正是地表采動(dòng)裂縫等非連續(xù)移動(dòng)變形值在該處的影響值，由此通過分析已有的觀測資料數(shù)據(jù)，即可分析采動(dòng)裂縫的形成條件，從而建立形成山區(qū)煤礦地表高陡邊坡失穩(wěn)的條件模型。 （3）根據(jù)山區(qū)地表移動(dòng)變形特點(diǎn)，提出了開采后引起的山區(qū)地表滑移是由采動(dòng)向量是R(x,y)所引起的附加滑移量，其沿地表坡體的傾角方向的分量Rα(x，y)決定了滑移向量ΔR(x,y)的大小，從而建立了開采產(chǎn)生的地表滑移正常同和水平移動(dòng)的表達(dá)式，從而構(gòu)建地表坡體產(chǎn)生破壞的條件，為山區(qū)煤礦開采高陡邊坡失穩(wěn)分析奠定理論基礎(chǔ)。 （4）通過綜合比較實(shí)測地表移動(dòng)變形數(shù)據(jù)、地表損害情況、實(shí)測數(shù)據(jù)與預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)較差及觀測點(diǎn)附近的地形特征，分析了地形特征對地表移動(dòng)變形的影響及地表損害與地表移動(dòng)變形之間的相互關(guān)系。 （5）根據(jù)地表地形因子，采用摩爾-庫倫準(zhǔn)則建立的極限平衡法，建立了坡體失穩(wěn)臨界角計(jì)算模型，通過判別采動(dòng)地表失穩(wěn)傾角與地表坡度的大小關(guān)系，建立了地表潛在滑坡區(qū)預(yù)測分析方法，為采動(dòng)滑坡預(yù)測提供了科學(xué)依據(jù)。 （6）應(yīng)用有限元分析方法原理，采用彈性平面模型，根據(jù)山區(qū)地表移動(dòng)預(yù)計(jì)結(jié)果，建立了預(yù)計(jì)地表水平移動(dòng)下應(yīng)力模擬方法，從而分析采動(dòng)地表裂縫分布區(qū)域，提出了采動(dòng)滑坡的分析和新的預(yù)測方法。 （7）根據(jù)研究結(jié)果，編制了采動(dòng)坡體穩(wěn)定性分析預(yù)測軟件。 2100433B