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边坡工程是一类常见而重要的岩土工程问题,其中的岩石边坡由于其复杂的地质结构而成为边坡工程中的重点和难点。随着工程建设规模不断扩大,在城乡建设、水电、交通、矿山、港口码头以及国防工程等领域都涉及到边坡工程问题,有关岩石边坡的研究与工程应用也在不断进展,其中顺层边坡是边坡问题的一个重要分支。
迄今为止,对顺层边坡的变形破坏机理、破坏过程和稳定性评价预测等有较深入的理论研究,但对于该类边坡的防治设计理论,以及支护体系、施工工艺等工程应用专题研究少,且深度不够、系统性不强,尤其是顺层滑坡在支护体系上的防治效果研究则几乎没有。如何适宜地选择防治方案仍没有一套成熟的理论方法。对滑坡防治工程的具体措施有验收方法,而对于滑坡治理效果的评价指标体系和综合评价方法则研究很少。
鉴于此,本文依托国土资源部课题“三峡库区崩塌滑坡地质灾害防治效果评价研究”和“三峡库区巴东新县城白岩沟桥头滑坡防治设计”项目,广泛收集顺层边坡工程资料,在已有边坡变形破坏研究成果的基础上,概括顺层边坡变形的基本模式,并以目前在土木工程中广泛采用的数值模拟方法为理论基础,采用FLAC3D分析软件,对顺层滑坡的防治方案及效果进行预测分析。在顺层滑坡防治方案优化的基础上,论文还采用了模糊综合评判法,对顺层滑坡治理效果进行预测评价。主要得到了如下研究成果:
1.顺层边坡岩体是一种天然的地质体,它是由各种不同岩性的岩石以及结构面(如节理、层理、裂隙、断裂面等)所组成的。由于岩体中岩层层面和节理面的存在,使得岩体与单一岩石的力学性质有着极大的差异,形成不同的重力破坏模式,主要有四种类型:平面滑动前缘剪出型、完全平面滑动型、溃曲破坏类型和楔槽形破坏型。
2.顺层边坡的地质概念模式主要归纳为二点:1)岩层倾向与坡向一致的层状结构的岩体组成,岩层的层与层之间或是层面结构由本身控制,或是由其间的软弱夹层所控制;2)顺层岩石边坡在外部扰动力作用下发生自身的变形及失稳活动,其变形失稳与否取决于岩层之间的粘着力。
3.针对不同情况的顺层滑坡,本文主要简述了六种防治方案:1)削方减载配合重力式挡土墙的处理方案,此方案适用于斜坡不太高,且地下水不发育的地段;2)土钉及网喷混凝土的处理方案,此方案适用于斜坡不太高,岩层层面倾角相对较大,且岩层较完整、节理不发育,地下水不丰富,岩层间无软弱夹层的情况;3)抗滑桩加桩间墙或桩间板的处理方案,此方案适用于滑体较完整、刚度较大的岩石顺层滑坡,在前缘采用刚性抗滑支撑构筑物,只要高度不过于低矮,间距适当,就有效;4)锚索与网喷相结合的处理方案,对硬岩中夹薄的软弱夹层滑动者,因上、下岩石都较完整,可根据滑体被结构面分割的大小逐块采用锚杆固定于滑床;5)锚索桩加桩间墙的处理方案是将锚索与抗滑桩相结合,适用于完整的岩体且滑体厚的顺层滑坡;6)截断地表水、排泄地下水工程,岩石滑坡滑动后各种性质的界面均因拉裂或挤压而张开或变形,易于汇聚地面水,形成裂隙水使之直接渗透至滑带。
4.顺层滑坡防治工程是一个复杂的系统工程,防治效果评价受到技术、经济以及专家及决策者个人素质等因素的影响,本文通过系统分析,建立了滑坡防治效果预测评价指标体系和评价方法。评价指标主要是滑坡防治方案(包括滑坡地质判断、施工技术难度)、滑坡稳定效果(包括工程结构物质量、防治功效)和滑坡经济效益三个因素;评价方法是采用数值模拟技术和模糊综合评判法对滑坡防治效果进行预测。
5.以三峡库区巴东新县城白岩沟桥头滑坡为例,用数值模拟软件FLAC3D对滑坡防治方案及效果进行仿真研究。通过比较白岩沟桥头滑坡在治理过程中的应力场、应变场、位移场、塑性区等要素的发展变化过程和影响区域,对治理工程措施及其组合的防治效果进行了预测分析,最后优化出白岩沟桥头滑坡有效的防治方案。具体方案是以抗滑桩和削方为主、排水为辅的综合治理方案。
6.在滑坡防治方案及效果数值模拟研究的基础上,采用模糊数学的综合评判法,根据功能重要度系数和专家经验得到滑坡防治效果评价因素的权重系数,然后通过模糊数学计算得到白岩沟桥头滑坡防治工程治理效果的综合预测评价结果整体为“良”,局部为“优”。