紅層軟巖開挖邊坡致災機理及防治技術研究.pdf

1、本文針對紅層軟巖地區(qū)公路等工程建設項目中突出的開挖邊坡災害問題，結合四川、重慶、云南等省幾個高等級公路建設項目，綜合運用調查研究、地質力學模型試驗、室內試驗研究、現(xiàn)場試驗研究及長期監(jiān)測、數(shù)值模擬、經(jīng)驗類比等方法，深入研究了紅層軟巖巖體結構及巖體力學性質，并在此基礎上研究了近水平地層、傾斜地層紅層軟巖開挖邊坡災害形成機理及防治技術，以及紅層軟巖風化剝蝕災害機理及防治技術。主要研究成果有：
　　 (1)本文研究按照紅層軟巖地質結構特

2、征，分類研究其致災機理和失穩(wěn)破壞模式。通過對四川、重慶、云南、甘肅等省等多條高速公路紅層軟巖邊坡工程的廣泛調研，按地質特征將其分為近水平地層、傾斜地層和斷(層)—褶(曲)破碎地層三個大類以及12個亞類。根據(jù)邊坡工程的特點，進一步提出了紅層軟巖邊坡巖體結構的分類體系，劃分為5個大類和11個亞類。論述了各類巖體結構特征、控制性結構面和坡體變形破壞模式。
　　 (2)采取紅層軟巖典型巖樣，進行了抗壓、抗剪和蠕變試驗研究。通過室內試驗和

3、現(xiàn)場大剪試驗，研究了紅層軟巖結構面抗剪強度特性。根據(jù)結構面的充填性將其分為張開少充填、閉合無充填、薄層充填和厚層充填四類。選取各類結構面進行抗剪強度試驗，總結了典型結構面在剪切荷載下的變形特性，給出了典型結構面強度和變形參數(shù)參考值。
　　 (3)紅層軟巖結構面特別是軟弱夾層的流變性顯著，通過軟弱夾層長期強度與短期強度試驗資料分析，建議軟弱夾層長期剪切強度可取短期剪切強度的75％。
　　 (4)通過原位監(jiān)測、室內崩解試驗和

4、調查研究揭示了紅層軟巖風化崩解機理。紅層軟巖的風化崩解是溫度和水共同作用的結果，僅溫度或水環(huán)境的改變并不能引起其快速風化崩解。
　　 (5)邊坡風化剝蝕的原位監(jiān)測表明：氣溫高溫差大時，泥巖邊坡的風化剝蝕速率大，反之則小。中等雨強以上降雨次數(shù)對泥巖邊坡的風化剝蝕量影響較大，二者呈負指數(shù)關系，小雨強降雨次數(shù)的影響不顯著。泥巖在高溫時的反復浸水失水情況下具有很強的風化崩解性，因此泥巖邊坡的風化剝蝕主要發(fā)生在氣溫高降雨多的夏季。四川盆地

5、東部某原位監(jiān)測工點的數(shù)據(jù)表明，泥巖邊坡5月～9月的風化剝蝕量為19.19kg/m2，占年風化剝蝕量(29.9 kg/m2)的64.2％。
　　 (6)近水平紅層軟巖開挖邊坡災害模式主要有滑坡、巖體拉裂變形、崩塌落石等。地質力學模型試驗和數(shù)值計算分析表明，近水平紅層軟巖邊坡滑坡災害以軟弱夾層或層面為底滑面，陡傾節(jié)理為后邊界，裂隙水壓力對滑移破壞有推動作用，本文結合實例給出了開挖松動區(qū)確定方法。在分析近水平紅層軟巖流變性對邊坡穩(wěn)定性

6、影響的基礎上，提出了坡體穩(wěn)定性的流變力學分析的決策方法。
　　 (7)傾斜地層的紅層軟巖開挖邊坡災害主要是層面與節(jié)理切割巖體的滑移失穩(wěn)，破壞模式取決于層面與開挖面的空間關系(詳見本文第二章、第六章)。針對順層結構紅層軟巖邊坡的滑移-拉裂型破壞，提出了基于巖層失穩(wěn)長度的開挖松動區(qū)確定方法。
　　 (8)提出了深挖路塹邊坡工程系統(tǒng)的動態(tài)設計方法：在工前進行詳細的勘察，查明邊坡巖體結構特征，分析控制邊坡穩(wěn)定的主要結構面；對邊坡

7、穩(wěn)定性進行正確的判斷并進行合理的開挖和防護工程設計；施工期間進行施工監(jiān)測和動態(tài)設計；在施工完成后進行系統(tǒng)地總結歸納。
　　 (9)通過生態(tài)防護前后的現(xiàn)場模擬降雨試驗和坡體溫度和水分的長期監(jiān)測與研究，揭示了紅層軟巖邊坡生態(tài)防護后能有效防止坡體表層風化剝落災害的機理。紅層邊坡采用生態(tài)防護技術，能有效地消除表層的濺蝕和沖蝕、延遲坡面產(chǎn)生徑流的時間、減小坡體雨水的滲透深度；同時具有減小日氣溫對坡體溫度的影響深度、降低坡表溫差(包括日溫差