發(fā)布時(shí)間：2018-04-15 13:12

  本文選題：恩施盆地紅砂巖 + 斜坡變形破壞機(jī)理��； 參考：《中國地質(zhì)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：紅層是指形成于中生代、新生代的一套陸相紅色碎屑類沉積巖,主要巖性是砂巖、粉砂巖、泥巖。由于形成時(shí)間較晚,膠結(jié)程度低,成巖作用差的原因,導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)不致密、強(qiáng)度低,在地表環(huán)境與工程開挖條件下多表現(xiàn)出巖體變形程度明顯的特點(diǎn)。此類巖體構(gòu)成的紅砂巖斜坡因各類風(fēng)化作用持續(xù),其風(fēng)化剝蝕以及淺層變形破壞現(xiàn)象十分明顯,特別是工程建設(shè)開挖后的此類斜坡發(fā)生變形破壞甚至災(zāi)害事件時(shí)常存在。恩施盆地紅砂巖分布十分廣泛,具有一定的代表性。隨著恩施城區(qū)的快速發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)入建設(shè)施工階段,市政和道路交通建設(shè)中大量的開山平地,揭露出受多組結(jié)構(gòu)面切割形成的楔形結(jié)構(gòu)巖體,在城區(qū)改造形成了多處紅砂巖高邊坡,工程建設(shè)所涉及的紅砂巖斜坡變形失穩(wěn)問題也越來越多�；�于此,本論文針對恩施盆地(主要集中于城區(qū))紅砂巖斜坡研究其變形破壞機(jī)理及其防治對策。論文首先基于恩施盆地的紅砂巖及其斜坡野外工程地質(zhì)調(diào)查、巖土工程物理力學(xué)試驗(yàn)成果,在全面分析紅砂巖的工程地質(zhì)特性的基礎(chǔ)上,對其進(jìn)行巖體質(zhì)量評價(jià)與工程性質(zhì)分類；從斜坡演化狀態(tài)與現(xiàn)象總結(jié)提出紅砂巖斜坡變形破壞類型、影響因素和斜坡變形破壞模式；以盆地內(nèi)常見斜坡災(zāi)害為基礎(chǔ)分類建立紅砂巖斜坡典型的地質(zhì)—力學(xué)模型,揭示紅砂巖斜坡中的兩類變形破壞機(jī)理；研究恩施盆地紅砂巖斜坡的有效防治方法與對策；最后以鳳凰山汽車修理廠斜坡為例進(jìn)行了紅砂巖斜坡防治方法的應(yīng)用研究。論文完成的主要工作包括以下幾個(gè)方面：(1)基于恩施盆地紅砂巖斜坡調(diào)查,揭示了紅砂巖的巖性變化與分布狀況,統(tǒng)計(jì)分析了結(jié)構(gòu)面發(fā)育規(guī)律及其特征,確定了紅砂巖巖體中優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面狀況,在現(xiàn)場試驗(yàn)基礎(chǔ)上獲得了紅砂巖的滲透系數(shù)。通過室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn),獲得了紅砂巖的物理力學(xué)參數(shù),分析了其變形和強(qiáng)度規(guī)律。研究表明,棕紅色含鈣質(zhì)條帶粉、細(xì)砂巖的力學(xué)性質(zhì)明顯優(yōu)于棕黃色泥質(zhì)粉砂巖；棕黃色泥質(zhì)粉砂巖受環(huán)境的影響明顯,力學(xué)性質(zhì)劣化嚴(yán)重。(2)在野外地質(zhì)調(diào)查、現(xiàn)場和室內(nèi)試驗(yàn)基礎(chǔ)上,依據(jù)飽和單軸試驗(yàn)和強(qiáng)度劣化試驗(yàn)成果針對巖體質(zhì)量在凍融循環(huán)作用下的變化特點(diǎn),提出了恩施盆地紅層巖體質(zhì)量評價(jià)修正的BQ評價(jià)經(jīng)驗(yàn)公式：BQ=90+3Rc+250Kv-100Kf。在此基礎(chǔ)上對恩施盆地紅砂巖工程性質(zhì)類型劃分為三類：棕黃色泥質(zhì)粉細(xì)砂巖(Ⅰ1類)、棕黃色泥質(zhì)粉砂巖(Ⅰ2類)和棕紅色含鈣質(zhì)條帶粉、細(xì)砂巖(Ⅱ類)。(3)基于野外地質(zhì)調(diào)查,總結(jié)了恩施盆地紅砂巖斜坡的主要破壞類型為崩塌和滑坡。從特征上歸納提出了恩施紅砂巖斜坡崩塌破壞的基本形式為楔形體模式、拱月式模式、不規(guī)則形狀模式三種,規(guī)模以小型崩塌為主；滑坡的基本形式為順層基巖滑坡、覆蓋層(風(fēng)化物為主)滑坡兩種。(4)總結(jié)了恩施盆地紅砂巖斜坡產(chǎn)生破壞的內(nèi)部地質(zhì)條件和外部誘發(fā)因素。內(nèi)部地質(zhì)條件包括地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性；外部誘發(fā)因素主要是人工開挖活動,其次為降雨。根據(jù)野外調(diào)查及室內(nèi)對形成條件、影響因素的分析,從斜坡結(jié)構(gòu)與變形控制因素角度提出了恩施紅砂巖斜坡的變形破壞機(jī)制為差異風(fēng)化型破壞、結(jié)構(gòu)面控制性滑移、人為擾動失穩(wěn)三類。(5)基于典型災(zāi)害點(diǎn)調(diào)查結(jié)果,選取鳳凰山公園紅砂巖斜坡為原型,概化建立了其地質(zhì)力學(xué)模型,基于物理模型相似試驗(yàn)原理,選用與斜坡同等巖性的砂巖作為相似模型的試驗(yàn)材料,模擬再現(xiàn)了陡傾結(jié)構(gòu)面控制作用下紅砂巖斜坡的變形破壞過程。試驗(yàn)結(jié)果表明,越靠近坡面的坡體變形量越大,同時(shí)巖層的變形量具有隨距離開挖面深度的增加而減小的趨勢,巖體的變形破壞主要沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生且陡傾結(jié)構(gòu)面之后的坡體變形量較小,因此認(rèn)為該組陡傾結(jié)構(gòu)面是坡體的潛在滑移面。試驗(yàn)中紅砂巖斜坡的最后破壞現(xiàn)象與實(shí)際調(diào)查分析中所獲得的破壞結(jié)果具有很好的一致性。(6)選用上述模型,通過數(shù)值模擬,揭示了結(jié)構(gòu)面控制型滑移模式斜坡的變形破壞全過程,獲得了其變形破壞機(jī)理：斜坡開挖,形成高陡邊坡,當(dāng)順坡向的陡傾結(jié)構(gòu)面發(fā)育時(shí),結(jié)構(gòu)面與坡面將坡面表層的巖體切割成“頭重腳輕”的塊體,剪應(yīng)力在坡腳周圍集中,尤其是在邊坡剪出口部位出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象,斜坡表層巖體開始向臨空方向發(fā)生緩慢位移,剪切變形首先出現(xiàn)在剪出口一帶；隨著斜坡變形發(fā)展,在坡頂出現(xiàn)張拉、剪切破壞分布點(diǎn),坡肩部位變形顯著,坡體的剪切破壞分布點(diǎn)逐漸沿著陡傾結(jié)構(gòu)面向坡體的鎖固段擴(kuò)展,當(dāng)陡傾結(jié)構(gòu)面的剪應(yīng)力超過其抗剪強(qiáng)度,坡體產(chǎn)生沿結(jié)構(gòu)面的整體滑移。(7)概化建立了差異風(fēng)化型破壞模式模型,通過數(shù)值模擬,揭示了其變形破壞全過程,獲得了其變形破壞機(jī)理：紅砂巖斜坡巖性差異,坡體沿軟硬巖間的接觸面滑移,棕黃色膠結(jié)較差的粉砂巖極易風(fēng)化,強(qiáng)度低,加之雨水入滲等環(huán)境因素,使得粉砂巖風(fēng)化崩解,形成一定的巖腔,使得上部膠結(jié)程度較好的粉細(xì)砂巖在坡體表面以懸臂梁的形式凸出,在重力作用下拉張裂隙逐漸擴(kuò)展,使得粉細(xì)砂巖塊體支撐面積減小,塊體重心逐漸臨空,斜坡穩(wěn)定性不斷降低。當(dāng)坡體底部支撐面不足以支撐上部塊體時(shí),即發(fā)生斜坡垮塌。(8)在上述研究的基礎(chǔ)上,提出了恩施盆地紅砂巖斜坡防治的兩類方法,以達(dá)到提高斜坡整體穩(wěn)定的目的。針對紅砂巖巖體質(zhì)量等級低的特點(diǎn),可采用固化劑改良紅砂巖巖體性能而加固斜坡,提高其穩(wěn)定性；綜合采用工程經(jīng)驗(yàn)類比分析法、現(xiàn)場實(shí)例統(tǒng)計(jì)法、數(shù)值模擬法提出了對紅砂巖斜坡采用坡率控制法保證邊坡的整體穩(wěn)定性,達(dá)到防止邊坡失穩(wěn)的目的。恩施紅砂巖斜坡保證穩(wěn)定的幾何特征參數(shù)建議值,即紅砂巖斜坡開挖高度不宜超過30m,坡率不宜超過1：0.35,坡度角不宜超過70。,可用于指導(dǎo)實(shí)際工程設(shè)計(jì)。(9)紅砂巖斜坡防治應(yīng)用實(shí)例研究表明,本論文提出的以坡率法控制紅砂巖斜坡變形保證其穩(wěn)定性是可行的、斜坡幾何特征參數(shù)建議值是合理的。對研究實(shí)例的具體防治方法是通過降低斜坡坡率保證斜坡的整體穩(wěn)定性、布置砂漿錨桿控制坡面小規(guī)模巖體坍塌和掉塊,即斜坡分二級開挖,上、下段坡率分別為1：0.4、1：0.35,馬道寬2m,斜坡表面變形通過錨桿控制。這與該斜坡工程實(shí)施的防護(hù)設(shè)計(jì)是一致的。本文主要創(chuàng)新成果有：(1)以系統(tǒng)工程地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測試分析成果為基礎(chǔ),針對巖體質(zhì)量在凍融循環(huán)作用下的變化特點(diǎn),修訂提出了紅砂巖巖體質(zhì)量BQ評價(jià)經(jīng)驗(yàn)公式：BQ=90+3Rc+250Kv-100Kf,并提出了恩施盆地紅砂巖工程性質(zhì)類型為三類：Ⅰ1(棕黃色泥質(zhì)粉細(xì)砂巖)、Ⅰ2(棕黃色泥質(zhì)粉砂巖)、Ⅱ(棕紅色含鈣質(zhì)條帶粉、細(xì)砂巖)。(2)通過數(shù)值模擬和物理模型試驗(yàn)相結(jié)合的手段,在工程地質(zhì)分析基礎(chǔ)上提出了斜坡失穩(wěn)的模式和過程,針對盆地內(nèi)常見斜坡災(zāi)害現(xiàn)象揭示了恩施盆地紅砂巖斜坡變形破壞機(jī)理可以劃分為紅砂巖巖體優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面控滑型與差異風(fēng)化改造型兩類。(3)提出了恩施盆地紅砂巖斜坡的兩類防治對策。針對紅砂巖巖體質(zhì)量等級低的特點(diǎn),可采用固化劑改良紅砂巖巖體性能而加固斜坡,提高其穩(wěn)定性；綜合采用工程經(jīng)驗(yàn)類比分析法、現(xiàn)場實(shí)例統(tǒng)計(jì)法、數(shù)值模擬法提出了對紅砂巖斜坡采用坡率控制法保證邊坡的整體穩(wěn)定性,提出了保證恩施盆地紅砂巖斜坡穩(wěn)定狀況的適宜坡率建議值。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1754266