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福建省永定县是地质灾害的频发地区,对于当地居民而言,威胁最大的是那些由于各种原因,在人们切坡建房时所遗留下来的、房前屋后的小型土质高陡边坡。
论文以野外调查资料和数值模拟软件相结合的模式来研究永定县境内花岗岩类高陡边坡的失稳特征及适用于这类边坡的最优切坡方法。首先,对永定县全县范围内的房前屋后高陡边坡点进行详细调查,在基于调查所得资料和室内土工试验数据的基础上,对失稳特征进行统计、分析。然后,利用数值模拟软件,针对前面所得的高陡边坡失稳特征来构建模型,并对其失稳破坏过程中应力应变的变化情况进行分析,试图明确切坡前后以及加入强降雨条件后高陡边坡中应力应变场的改变情况。最后,根据自然斜坡的坡面形态以及实际建房所需的坡前距,利用理正岩土软件来构建不同的切坡坡度时高陡边坡模型,对比其稳定性差异,并结合建房者得经济条件对高陡边坡的切坡方案进行研究,从而选取出一种简单易行的切坡方法。
论文在仔细研究了永定县房前屋后高陡边坡失稳特点的基础上,通过土工实验和实地野外调查所获得的数据,分析高陡边坡失稳因素;并利用相关数据构建模型,对其失稳破坏过程中应力的重分布情况进行了数值模拟,揭示了永定县高陡边坡失稳的应力应变场变化;基于高陡边坡的稳定性其当地居民的实际住房面积需求和经济情况,来确定了高陡边坡的最优切坡方案,得到以下研究结果:
(1)通过对前期的调查资料总结分析可以得知,对于永定县而言,不稳定高陡边坡主要发育在边坡形态为直线坡和凸型坡,切坡坡度大于60度,人工切坡坡高为5-20米的范围内;其失稳影响因素包括内因和外因两个方面。内因包含:岩土体特征和坡面形态两个主要方面。外因包含:降雨和人类工程活动。
(2)通过切坡前后高陡边坡失稳破坏过程中的应力应变场分布进行数值模拟的对比,可以得知:在切坡后的坡脚区域,X方向上的应力明显加大,与实际调查情况中,高陡边坡前期破坏变形中,坡脚的破坏相对应;切坡后,高陡边坡的应变主要集中于土体的中上部区域,在其上部坡肩区域,有一块应力-应变集中分布区,对这块区域土体的稳定性产生很大影响,这与我们调查所得的、当地高陡边坡的往往在坡肩部位有垮塌相对应。在中部区域的应变值达到最大,并向两边递减。
(3)通过对加载强降雨条件后的高陡边坡与切坡后的边坡进行对比可以得知:高陡边坡X方向的应力场变化较为明显,主要表现在人工切坡后的坡脚位置,应力明显增大:高陡边坡中后部的土岩结合位置,应力明显增大的。对于X方向上的应变而言,其变化也主要是发生坡脚和中后部的土岩结合的位置,并且有从两端向中间变化的趋势。
(4)通过对不同人工切坡坡度的稳定性进行对比研究,总结得出了自然斜坡坡度为8°-25°、25°-45°、45°-60°的3个分类中,坡前距分别为7m、7m-10m、10m-15m时,9种情况下的最优的切坡角度。