泥质红砂岩边坡稳定性分析与防治技术研究
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摘要
泥质红砂岩作为一种具有特殊工程性质的岩石,在受湿度、温度影响的情况下,容易风化、崩解,层间剪切带逐渐被泥化,使其长期强度降低。在道路建设中使用泥质红砂岩修筑路基和边坡时,极易发生失稳破坏,严重影响道路的稳定性和耐久性。论文根据泥质红砂岩的地质成因、矿物成分、节理、裂隙的发育程度及物理力学性质,对泥质红砂岩边坡的处理技术进行研究。
论文通过对红砂岩的形成环境、矿物成份、地形与排水条件、风化过程、风化机理的探讨,提出了基于坡体结构的红砂岩边坡边坡类型分类方法,通过对红砂岩边坡变形破坏机制进行分析,得出了岩性、岩体结构面、坡度、风化作用、暴雨等影响红砂岩边坡稳定的主要因素。论文分析了红砂岩层间的软弱夹层情况,通过对红砂岩进行蠕变等实验,了解红砂岩的岩性,获取相应的岩质参数,在此基础上,建立了边坡的仿真分析模型,对红砂岩边坡进行了稳定性模拟分析,并利用ABAQUS软件进行边坡的强度折减有限元分析。论文通过对红砂岩边坡各种不同形式防治措施进行研究,提出红砂岩边坡的治理原则,以及适合红砂岩路堑边坡的防治方案;通过改变边坡的几何要素、外部排水条件、内部排水条件等,达到边坡的稳定防护的目的;通过对边坡生态防护机理的研究,提出岩质边坡的生态防护方法和治理思路。
本文的研究,可以为泥质红砂岩边坡设计及处治提供依据,对降低工程造价、保护环境、提高红砂岩分布地区道路的强度和稳定性具有重要意义。
Muddy red sandstone, as a special engineering property of rocks, is easy to weathering, disintegrate, be muddied of interlaminar shear band gradually, which make them long-term strength decreased by humidity and temperature of the circumstances. During the road construction, by using red sandstone to built roadbed and muddy slope, the unstable failure occurred highly, which affect the stability and durability of the road seriously. The paper, which based on the geological causes, mineral composition, joint, fracture development extent and physical and mechanical properties of muddy red sandstone, makes the treatment technology research on the muddy sandstone slope.
Through the discussion of formation environment of red sandstone, mineral composition, topography and drainage conditions, weathering, weathering mechanism, the paper puts forward red sandstone slope classification based on the structure. By analyzing the slope failure mechanisms of the red sandstone, the paper reaches a conclusion that the lithology, structure, surface rock, slope, weathering, heavy rain are the factors affecting the slope stability of red sandstone. The paper analyzes the situation between the soft interlayer, obtains the corresponding rock parameters through the experiments of creep test. Based on those, it established simulation analysis model of cutting slope, which are used to make the stability analyze and make the finite element analysis of strength reduction by using the software ABAQUS. The paper, through the researches on various forms of red sandstone slope control measures, conducts the governance principles of red sandstone slope and treatment programs suited for the prevention of the red sandstone slope. It achieves the purpose of slope stability protection by changing the slope geometric elements, external drainage, and internal drainage conditions. It proposes rock slope ecological protection methods and management thinking through the study of slope protection mechanism.
This study can provide a basis for the muddy slope design and treatment and it has the significance to reduce cost, protect the environment, and improve the strength and stability on the red sandstone roads.
论文通过对红砂岩的形成环境、矿物成份、地形与排水条件、风化过程、风化机理的探讨,提出了基于坡体结构的红砂岩边坡边坡类型分类方法,通过对红砂岩边坡变形破坏机制进行分析,得出了岩性、岩体结构面、坡度、风化作用、暴雨等影响红砂岩边坡稳定的主要因素。论文分析了红砂岩层间的软弱夹层情况,通过对红砂岩进行蠕变等实验,了解红砂岩的岩性,获取相应的岩质参数,在此基础上,建立了边坡的仿真分析模型,对红砂岩边坡进行了稳定性模拟分析,并利用ABAQUS软件进行边坡的强度折减有限元分析。论文通过对红砂岩边坡各种不同形式防治措施进行研究,提出红砂岩边坡的治理原则,以及适合红砂岩路堑边坡的防治方案;通过改变边坡的几何要素、外部排水条件、内部排水条件等,达到边坡的稳定防护的目的;通过对边坡生态防护机理的研究,提出岩质边坡的生态防护方法和治理思路。
本文的研究,可以为泥质红砂岩边坡设计及处治提供依据,对降低工程造价、保护环境、提高红砂岩分布地区道路的强度和稳定性具有重要意义。
Muddy red sandstone, as a special engineering property of rocks, is easy to weathering, disintegrate, be muddied of interlaminar shear band gradually, which make them long-term strength decreased by humidity and temperature of the circumstances. During the road construction, by using red sandstone to built roadbed and muddy slope, the unstable failure occurred highly, which affect the stability and durability of the road seriously. The paper, which based on the geological causes, mineral composition, joint, fracture development extent and physical and mechanical properties of muddy red sandstone, makes the treatment technology research on the muddy sandstone slope.
Through the discussion of formation environment of red sandstone, mineral composition, topography and drainage conditions, weathering, weathering mechanism, the paper puts forward red sandstone slope classification based on the structure. By analyzing the slope failure mechanisms of the red sandstone, the paper reaches a conclusion that the lithology, structure, surface rock, slope, weathering, heavy rain are the factors affecting the slope stability of red sandstone. The paper analyzes the situation between the soft interlayer, obtains the corresponding rock parameters through the experiments of creep test. Based on those, it established simulation analysis model of cutting slope, which are used to make the stability analyze and make the finite element analysis of strength reduction by using the software ABAQUS. The paper, through the researches on various forms of red sandstone slope control measures, conducts the governance principles of red sandstone slope and treatment programs suited for the prevention of the red sandstone slope. It achieves the purpose of slope stability protection by changing the slope geometric elements, external drainage, and internal drainage conditions. It proposes rock slope ecological protection methods and management thinking through the study of slope protection mechanism.
This study can provide a basis for the muddy slope design and treatment and it has the significance to reduce cost, protect the environment, and improve the strength and stability on the red sandstone roads.
引文
[1]陈强.公路边坡稳定性研究与分析及综合治理[D].长沙:湖南大学,2005
[2]许云华.土质路堑边坡稳定性研究[D].昆明:昆明理工大学,2005
[3]储文静.湘西红砂岩的工程地质特征与工程边坡的稳定性分析[J].长沙:中南大学,2009
[4]侯连君.高等级公路岩质边坡稳定性分析和生态防护研究[D].长沙:湖南大学,2004
[5]伍剑奇.泥质红砂岩筑路材料的工程性质研究[D].广州:华南理工大学,2010
[6] DLJ204-81,水利水电工程岩石力学试验规程[S],北京:中华人民共和国水利水电部,SLJ2-81
[7] JTJ051-93,公路土工试验规程[S],JTJ051-93
[8]李志勇,邹静蓉.湘耒高速公路红砂岩路堑边坡物理力学性质研究[R].长沙:湖南省交通科学研究院, 2002-12
[9]魏安辉.川中红层工程地质特性与路用性研究[D].成都:西南交通大学,2006
[10]张永明,符锌砂.基于强度折减有限元法的土质边坡稳定性分析[J].科学技术与工程2009, 23(9): 7236～7240
[11]张鲁渝,郑颖人,赵尚毅,等.有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究[J].水利学报, 2003(1): 21-27
[12] Griffith D V, Lane P A. Slope stability analysis by finite elements [J]. Geotechnique, 1999; 49(3):387-403
[13]郑颖人,赵尚毅.有限元强度折减法在土坡与岩坡中的应用[J].岩石力学与工程学报, 2004, 23(19):3381-3388
[14]连镇营,韩国城,孔宪京.强度折减有限元法研究开挖边坡的稳定性[J].岩土工程学报, 2001 (4) :407-411
[15]喻波,黄政宇.基于ANSYS的ABAQUS强度折减边坡稳定性分析[J].公路工程, 2008; 33(2):47-50
[16] Ugai K. A Method of Calculation of Total Factor of Safety of Slopes by Elasto-Plastic FEM [J]. Soils and Foundations. JGS, 1989; 29(2):190-195(in Japanese).
[17] Bishop A W. The Use of the Slip Circle in the Stability Analysis of Slopes [J]. Geotechnique, 1955(5): 7-17
[18]陈海英.路堑高边坡稳定性及综合防护措施研究[D].成都:西南交通大学,2007
[19]李少康,樊波,李端.边坡加固与生态综合防护技术研究[J].山西建筑, 2009, 31(35)
[20]张剑锋,岳国生等.红砂岩修筑浆砌石坝的岩土工程研究.上海地质, 1989(2):1-5
[21] DAWSON E M, ROTH W H, DRESCHER A. Slope stability analysis by strength reduction [J]. Geotech-nique, 1999, 49(6):835-840.
[22] Taylor D W. Stability of earth slopes [J].J Boston Soc.Civ. Eng, 1937, 24:197-246.
[23]董泽福,王阳平,朱自强.泥岩形成环境与其填筑路基工程性质的关系[J].中南工业大学学报, 1998, 29(l): 11-13
[24]陈玉晃,黄早阳,段建.等效Mohr-Coulomb屈服准则在岩质边坡稳定性分析中的应用[J].珠江工学院院报, 2006, 20(4):83-85
[25]陈祖煜.土质边坡稳定分析原理、方法、程序[M].北京:中国水利水电出版社, 2003: 335-377
[26]邓勤宇.红砂岩的崩解特性研究[J].中南公路工程, 2003, 28(4): 32-35
[27]李铀,朱维申,彭意等.某地红砂岩多轴受力状态蠕变松弛特性试验研究[J].岩土力学, 2006,8(27): 1248-1252
[28]黄吕乾,丁恩保.边坡工程常用稳定性分析方法[J].水电站设计, 1999, 15(1): 53-58
[29]李志勇.红砂岩路堑边坡圆弧型滑动破坏的概率分析[J].公路交通科技. 2003, 20(1)15-18
[30]连镇营,韩国城,孔宪京.强度折减有限元法开挖边坡的稳定性[J].岩土工程学报, 2001, 23 (4): 407-411
[31]廖小平.边坡设计工程理论与实际[J].科技情报, 2000(2): 35-36
[32]刘长武,陆士良.泥岩遇水崩解软化机理的研究[J].岩土力学, 2000, 21(1): 28-31
[33]刘长武,陆士良.软岩的风化效应及其对巷道维护的影响[J].中国矿业大学学报, 2000, 29(l): 70-72
[34]刘多文,熊承仁.红砂岩的渐进崩解特性试验研究[J].中外公路, 2002, 22(6): 19-22
[35]刘宏杰.红色泥质砂岩筑路材料的工程性质研究[D].合肥:合肥工业大学, 2005. 5
[36]刘金龙,栾茂田,赵少飞,等.关于强度折减有限元方法中边坡失稳判据的讨论[J].岩土力学, 2005, 26(8): 1345-1348
[37]刘特洪,林天健.软岩工程设计理论与施工实践[M].北京:中国建筑工业出版社, 2001
[38]吕庆.边坡工程灾害防治技术研究[D].杭州:浙江大学, 2006: 63-69
[39]栾茂田,武亚军,年廷凯.强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用[J].防灾减灾工程学报, 2003, 23(3): 1-8
[40]马建勋,赖志生,蔡庆娥,等.基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析[J].岩石力学与工程学报, 2004, 23(6): 2690-2693
[41]钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算[M].第2版.北京:水利电力出版社, 1993. 339-343
[42]任青文,钱向东,赵引,等.高拱坝沿建基面抗滑稳定性的分析方法研究[J].水利学报, 2002, (1)1: 1-7
[43]任青文.岩体破坏分析方法的研究进展[J].岩石力学与工程学报, 2001: 20(增刊2): 1303-1309
[44]孙小三.边坡稳定性的条分法与有限元法藕合分析[D].浙江大学硕士学位论文, 2005
[45]谭罗荣.关于粘土岩崩解、泥化机理的讨论[J].岩土力学, 2001(3): 1-5
[46]王文生,谢永利,梁军林.膨胀土路堑边坡的破坏型式和稳定性[J].长安大学学报:自然科学版, 2005, 25(1): 20-25
[47]肖泽林.泥质红砂岩原岩强度指标的统计数字特征[J].湖南交通科技. 2004, 30(2)17-18
[48]徐干成,郑颖人.岩土工程中屈服准则应用的研究[J].岩土工程学报, 1990(2): 93-99
[49]徐建平.可靠性分析方法在顺层岩质边坡中的应用研究[D].成都:西南交通大学, 1998. 07
[50]徐世强,折学森,刘怡琳,等.公路黄土坝式路堤稳定性计算方法[J].交通运输工程学报, 2006, 6(3): 42-47
[51]俞茂宏.强度理论百年总结[J].力学进展, 2004, 34(4): 529-560
[52]张建勋,陈福全.用强度折减有限元法分析土坡稳定问题[J].山东科技大学学报, 2004, 23(1): 115-1171(3): 207-210.
[53]赵均海.强度理论及其工程应用[M].北京:科学出版社, 2003
[54]张鲁渝,刘东升,时卫民.扩展广义Druck-Prager屈服准则在边坡稳定分析中的应用[J].岩土工程学报, 2003, 25(2): 216-219.
[55]赵华宏.合肥地区红层工程性质研究[D].合肥:合肥工业大学, 2001. 4
[56]郑颖人,沈珠江,龚晓南.岩土塑性力学原理[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002
[57]赵均海,杨岩松,俞茂宏.西安东门城墙的弹塑性有限元分析[J].西北建筑工程学院学报, 1998, (3): 1-7
[58]赵明华,邓觑宇,曹文贵.红砂岩崩解特性及其路堤填筑技术研究[J].中国公路学报, 2003, 16(3): l-5
[59]郑颖人,赵尚毅,张鲁渝.用有限元强度折减法进行边坡稳定分析[J].中国工程科学, 2002, 4(10): 57-61
[60]赵少飞,栾茂田,吕爱钟.土工极限平衡问题的非线性有限元数值分析[J].岩土力学, 2004, 25(S0): 121-125
[61]赵引,任青文.三峡永久船闸高边坡的稳定分析[J].河海大学学报, 1998, 26(2): 60-64
[62]郑宏,李春光,李焯芬,等.求解安全系数的有限元法[J].岩土工程学报, 2002, 24(5): 626-628
[63]郑颖人,龚晓南.岩土塑性力学基础[M].北京:中国建筑工业出版社, 1989, 8
[64]郑颖人,赵尚毅,时卫民,等.边坡稳定分析的一些进展[J].地下空间, 2001, 21(5): 450-454
[65]朱伯芳.有限元法原理与应用[M].北京:中国水利出版社, 1998. 333-337
[66]朱济祥,薛玺成.岩质边坡稳定性及预应力锚固分析现状[J].工程地质学报, 1993(2): 79-84
[67]李铀,朱维申,白世伟,等.风干与饱水状态的花岗岩单轴流变特性试验研究[J].岩石力学与工程学报, 2004,22(10): 1673-1677
[68]孙钧,侯学渊.地下结构[M].北京:科学出版社, 1988.
[2]许云华.土质路堑边坡稳定性研究[D].昆明:昆明理工大学,2005
[3]储文静.湘西红砂岩的工程地质特征与工程边坡的稳定性分析[J].长沙:中南大学,2009
[4]侯连君.高等级公路岩质边坡稳定性分析和生态防护研究[D].长沙:湖南大学,2004
[5]伍剑奇.泥质红砂岩筑路材料的工程性质研究[D].广州:华南理工大学,2010
[6] DLJ204-81,水利水电工程岩石力学试验规程[S],北京:中华人民共和国水利水电部,SLJ2-81
[7] JTJ051-93,公路土工试验规程[S],JTJ051-93
[8]李志勇,邹静蓉.湘耒高速公路红砂岩路堑边坡物理力学性质研究[R].长沙:湖南省交通科学研究院, 2002-12
[9]魏安辉.川中红层工程地质特性与路用性研究[D].成都:西南交通大学,2006
[10]张永明,符锌砂.基于强度折减有限元法的土质边坡稳定性分析[J].科学技术与工程2009, 23(9): 7236～7240
[11]张鲁渝,郑颖人,赵尚毅,等.有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究[J].水利学报, 2003(1): 21-27
[12] Griffith D V, Lane P A. Slope stability analysis by finite elements [J]. Geotechnique, 1999; 49(3):387-403
[13]郑颖人,赵尚毅.有限元强度折减法在土坡与岩坡中的应用[J].岩石力学与工程学报, 2004, 23(19):3381-3388
[14]连镇营,韩国城,孔宪京.强度折减有限元法研究开挖边坡的稳定性[J].岩土工程学报, 2001 (4) :407-411
[15]喻波,黄政宇.基于ANSYS的ABAQUS强度折减边坡稳定性分析[J].公路工程, 2008; 33(2):47-50
[16] Ugai K. A Method of Calculation of Total Factor of Safety of Slopes by Elasto-Plastic FEM [J]. Soils and Foundations. JGS, 1989; 29(2):190-195(in Japanese).
[17] Bishop A W. The Use of the Slip Circle in the Stability Analysis of Slopes [J]. Geotechnique, 1955(5): 7-17
[18]陈海英.路堑高边坡稳定性及综合防护措施研究[D].成都:西南交通大学,2007
[19]李少康,樊波,李端.边坡加固与生态综合防护技术研究[J].山西建筑, 2009, 31(35)
[20]张剑锋,岳国生等.红砂岩修筑浆砌石坝的岩土工程研究.上海地质, 1989(2):1-5
[21] DAWSON E M, ROTH W H, DRESCHER A. Slope stability analysis by strength reduction [J]. Geotech-nique, 1999, 49(6):835-840.
[22] Taylor D W. Stability of earth slopes [J].J Boston Soc.Civ. Eng, 1937, 24:197-246.
[23]董泽福,王阳平,朱自强.泥岩形成环境与其填筑路基工程性质的关系[J].中南工业大学学报, 1998, 29(l): 11-13
[24]陈玉晃,黄早阳,段建.等效Mohr-Coulomb屈服准则在岩质边坡稳定性分析中的应用[J].珠江工学院院报, 2006, 20(4):83-85
[25]陈祖煜.土质边坡稳定分析原理、方法、程序[M].北京:中国水利水电出版社, 2003: 335-377
[26]邓勤宇.红砂岩的崩解特性研究[J].中南公路工程, 2003, 28(4): 32-35
[27]李铀,朱维申,彭意等.某地红砂岩多轴受力状态蠕变松弛特性试验研究[J].岩土力学, 2006,8(27): 1248-1252
[28]黄吕乾,丁恩保.边坡工程常用稳定性分析方法[J].水电站设计, 1999, 15(1): 53-58
[29]李志勇.红砂岩路堑边坡圆弧型滑动破坏的概率分析[J].公路交通科技. 2003, 20(1)15-18
[30]连镇营,韩国城,孔宪京.强度折减有限元法开挖边坡的稳定性[J].岩土工程学报, 2001, 23 (4): 407-411
[31]廖小平.边坡设计工程理论与实际[J].科技情报, 2000(2): 35-36
[32]刘长武,陆士良.泥岩遇水崩解软化机理的研究[J].岩土力学, 2000, 21(1): 28-31
[33]刘长武,陆士良.软岩的风化效应及其对巷道维护的影响[J].中国矿业大学学报, 2000, 29(l): 70-72
[34]刘多文,熊承仁.红砂岩的渐进崩解特性试验研究[J].中外公路, 2002, 22(6): 19-22
[35]刘宏杰.红色泥质砂岩筑路材料的工程性质研究[D].合肥:合肥工业大学, 2005. 5
[36]刘金龙,栾茂田,赵少飞,等.关于强度折减有限元方法中边坡失稳判据的讨论[J].岩土力学, 2005, 26(8): 1345-1348
[37]刘特洪,林天健.软岩工程设计理论与施工实践[M].北京:中国建筑工业出版社, 2001
[38]吕庆.边坡工程灾害防治技术研究[D].杭州:浙江大学, 2006: 63-69
[39]栾茂田,武亚军,年廷凯.强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用[J].防灾减灾工程学报, 2003, 23(3): 1-8
[40]马建勋,赖志生,蔡庆娥,等.基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析[J].岩石力学与工程学报, 2004, 23(6): 2690-2693
[41]钱家欢,殷宗泽.土工原理与计算[M].第2版.北京:水利电力出版社, 1993. 339-343
[42]任青文,钱向东,赵引,等.高拱坝沿建基面抗滑稳定性的分析方法研究[J].水利学报, 2002, (1)1: 1-7
[43]任青文.岩体破坏分析方法的研究进展[J].岩石力学与工程学报, 2001: 20(增刊2): 1303-1309
[44]孙小三.边坡稳定性的条分法与有限元法藕合分析[D].浙江大学硕士学位论文, 2005
[45]谭罗荣.关于粘土岩崩解、泥化机理的讨论[J].岩土力学, 2001(3): 1-5
[46]王文生,谢永利,梁军林.膨胀土路堑边坡的破坏型式和稳定性[J].长安大学学报:自然科学版, 2005, 25(1): 20-25
[47]肖泽林.泥质红砂岩原岩强度指标的统计数字特征[J].湖南交通科技. 2004, 30(2)17-18
[48]徐干成,郑颖人.岩土工程中屈服准则应用的研究[J].岩土工程学报, 1990(2): 93-99
[49]徐建平.可靠性分析方法在顺层岩质边坡中的应用研究[D].成都:西南交通大学, 1998. 07
[50]徐世强,折学森,刘怡琳,等.公路黄土坝式路堤稳定性计算方法[J].交通运输工程学报, 2006, 6(3): 42-47
[51]俞茂宏.强度理论百年总结[J].力学进展, 2004, 34(4): 529-560
[52]张建勋,陈福全.用强度折减有限元法分析土坡稳定问题[J].山东科技大学学报, 2004, 23(1): 115-1171(3): 207-210.
[53]赵均海.强度理论及其工程应用[M].北京:科学出版社, 2003
[54]张鲁渝,刘东升,时卫民.扩展广义Druck-Prager屈服准则在边坡稳定分析中的应用[J].岩土工程学报, 2003, 25(2): 216-219.
[55]赵华宏.合肥地区红层工程性质研究[D].合肥:合肥工业大学, 2001. 4
[56]郑颖人,沈珠江,龚晓南.岩土塑性力学原理[M].北京:中国建筑工业出版社, 2002
[57]赵均海,杨岩松,俞茂宏.西安东门城墙的弹塑性有限元分析[J].西北建筑工程学院学报, 1998, (3): 1-7
[58]赵明华,邓觑宇,曹文贵.红砂岩崩解特性及其路堤填筑技术研究[J].中国公路学报, 2003, 16(3): l-5
[59]郑颖人,赵尚毅,张鲁渝.用有限元强度折减法进行边坡稳定分析[J].中国工程科学, 2002, 4(10): 57-61
[60]赵少飞,栾茂田,吕爱钟.土工极限平衡问题的非线性有限元数值分析[J].岩土力学, 2004, 25(S0): 121-125
[61]赵引,任青文.三峡永久船闸高边坡的稳定分析[J].河海大学学报, 1998, 26(2): 60-64
[62]郑宏,李春光,李焯芬,等.求解安全系数的有限元法[J].岩土工程学报, 2002, 24(5): 626-628
[63]郑颖人,龚晓南.岩土塑性力学基础[M].北京:中国建筑工业出版社, 1989, 8
[64]郑颖人,赵尚毅,时卫民,等.边坡稳定分析的一些进展[J].地下空间, 2001, 21(5): 450-454
[65]朱伯芳.有限元法原理与应用[M].北京:中国水利出版社, 1998. 333-337
[66]朱济祥,薛玺成.岩质边坡稳定性及预应力锚固分析现状[J].工程地质学报, 1993(2): 79-84
[67]李铀,朱维申,白世伟,等.风干与饱水状态的花岗岩单轴流变特性试验研究[J].岩石力学与工程学报, 2004,22(10): 1673-1677
[68]孙钧,侯学渊.地下结构[M].北京:科学出版社, 1988.