炭質頁岩路塹邊坡變形破壞機理及穩定性研究

《炭質頁岩路塹邊坡變形破壞機理及穩定性研究》是依託長沙理工大學，由陳向陽擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：炭質頁岩路塹邊坡變形破壞機理及穩定性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳向陽
• 依託單位：長沙理工大學

項目摘要

隨著我國西部高速公路建設的迅速發展，許多公路將在炭質頁岩（泥岩）地區建設，炭質頁岩遇水軟化崩解特性導致路塹邊坡滑塌、滑坡等地質災害時有發生，炭質頁岩路塹邊坡差異風化和流變特性直接影響邊坡的長期穩定性，炭質頁岩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，本項目通過對炭質頁岩路塹邊坡結構特徵與結構類型的研究，分析炭質頁岩邊坡的失穩模式，建立三維炭質頁岩路塹邊坡工程質模型；通過室內試驗、原位試驗、模型試驗和數值模擬與理論分析，系統研究炭質頁岩水軟化微結構損傷破壞機制，炭質頁岩路塹邊坡的變形破壞機理，建立差異風化型軟岩路塹邊坡力學分析模型與穩定性評價方法；建立軟岩路塹邊坡防護理論、技術方法。其成果將對軟岩邊坡災害防治具有重要的理論價值和工程套用價值。

結題摘要

隨著我國西部大開發戰略的大力推進，在公路、鐵路等大型基礎設施建設中不可避免地遇到炭質頁岩。炭質頁岩是一種軟岩，具有遇水軟化、崩解特性，易導致路塹邊坡滑塌、滑坡等地質災害，炭質頁岩路塹邊坡的變形與破壞已成為制約該地區高速公路建設的一個主要瓶頸。 本課題通過現場監測、室內試驗、理論分析和數值模擬，研究炭質頁岩路塹邊坡變形破壞機理及穩定性，其成果對軟岩邊坡災害防治具有重要的理論價值和工程套用價值。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頁岩進行分析，結果表明：在蒸餾水中浸泡30d後其礦物成分中產生了伊/矇混層礦物；炭質頁岩主體支撐骨架是由片層狀顆粒體堆疊而成，呈現排列有序、緻密的面-面接觸形式，岩體孔隙孔徑分布在3~28nm範圍，其中在3~7nm範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，微觀結構逐漸被破壞，孔隙孔徑變小但孔隙率卻增加。浸水30d後岩體孔隙孔徑分布在1~28nm範圍之內，其中在1~7nm範圍的孔隙所占比例較高。 （2）基於正交試驗設計和灰色關聯理論，對邊坡穩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：內摩擦角＞重度＞粘聚力＞邊坡高度＞邊坡角＞岩層傾角，單個影響因素的敏感性排序為：內摩擦角＞重度＞粘聚力＞岩層傾角＞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，對炭質頁岩路塹邊坡的變形和失穩破壞預測預警方法進行研究得到了炭質頁岩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）採用離心模型試驗與數值模擬相結合的方法對炭質頁岩路塹邊坡變形破壞機理進行了研究。研究不同坡角、坡高、岩層傾角條件下的炭質頁岩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數的變化規律。結果表明：離心模型試驗得到的數據普遍比數值模擬得到的數據偏大，但兩種方法得到的邊坡變形規律相吻合。 （5）對含軟弱夾層炭質頁岩路塹邊坡採用預應力錨索+坡面掛網噴射混凝土的方法進行加固處理，結果表明該加固方案具有很好的加固效果。