北京昌平区白羊沟公路边坡稳定性研究

论文摘要

随着人类工程活动的日益频繁及范围的扩大,在许多国内外修建或拟建的水利水电及其它工程中都出现了大量与由反倾坡内岩层构成的反向坡有关的工程地质问题,对工程设计、施工和运营都造成了较大的危害。本文以北京市昌平区白羊沟高边坡为例,对公路反倾向岩层高边坡的稳定性、弯曲倾倒破坏规律和崩塌岩块运动轨迹预测等几个方面展开研究:(1)论文根据前人的研究成果,深入分析了白羊沟边坡所在区域的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质等条件,划分出白羊沟边坡中存在的四个危险区段;(2)在勘察报告的基础上,仔细分析对划分出的四个危险区段中边坡发育特征。经现场调查和对比分析,得出反倾向岩层边坡的几种基本破坏模式,根据之前2#危险区段曾发生的一次崩滑,从中判断出弯曲倾倒是本次研究对象白羊沟边坡可能发生破坏的模式;研究对弯曲倾倒造成影响的因素,结合白羊沟自身工程地质条件进行分析;(3)对四个危险区段使用赤平投影法,得出定性结果;通过工程对比、现场调查、进行室内试验和结合规范,确定边坡稳定性计算的典型剖面、基本参数和计算工况;针对白羊沟边坡的工程地质条件,结合定性分析结果,采用离散元UDEC数值模拟和SARMA法,计算得到白羊沟三个典型剖面不同工况下的安全系数和应力位移图,从最基本的破坏失稳的机理出发,对比两种方法的结果,全面地评价白羊沟高边坡的稳定性。(4)在此基础上,利用离散元软件UDEC,对简化模型进行稳定性验算,模拟弯曲倾倒破坏,输入不同的边坡坡角以及岩层的倾角和厚度。由不同组合的计算结果,总结出影响边坡发生弯曲倾倒破坏的三个因素的相互关系,并由此给出一个边坡是否发生弯曲倾倒的半经验判别方法。(5)基于接触力学和运动学理论,本文的落石碰撞过程采用了接触力学的分析方法,考虑面接触的情况,对落石运动轨迹进行预测,不仅可以计算碰撞后的速度,而目可以计算碰撞产生的弹跳高度,为工程设防提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 研究现状与存在问题
• 1.2.1 边坡倾倒破坏研究现状
• 1.2.2 岩质边坡稳定性评价方法研究现状
• 1.3 研究内容及思路
• 第2章 研究区地质环境背景
• 2.1 地形地貌
• 2.2 气象水文条件
• 2.2.1 气象条件
• 2.2.2 水文条件
• 2.3 地层岩性
• 2.4 地质构造
• 2.4.1 褶皱构造
• 2.4.2 断层与裂隙
• 2.5 水文地质条件
• 2.6 地震及地壳稳定性
• 2.6.1 地震
• 2.6.2 地壳稳定性
• 2.7 人类活动
• 第3章 边坡特征及变形破坏模式
• 3.1 危险边坡发育特征
• 3.1.1 1#危险区段
• 3.1.2 2#危险区段
• 3.1.3 3#危险区段
• 3.1.4 4#危险区段
• 3.2 边坡变形破坏模式
• 3.3 影响边坡稳定的因素分析
• 第4章 边坡稳定性分析与评价
• 4.1 概述
• 4.2 采用赤平投影法分析
• 4.2.1 基本原理
• 4.2.2 边坡赤平投影图解
• 4.3 计算参数与计算工况
• 4.3.1 计算参数
• 4.3.2 计算工况
• 4.4 采用极限平衡法分析
• 4.4.1 SARMA 法介绍
• 4.4.2 SARMA 法计算结果
• 4.5 采用数值模拟法分析
• 4.5.1 UDEC 介绍
• 4.5.2 天然和暴雨工况下的稳定性计算
• 4.5.3 地震工况下的稳定性计算
• 4.6 边坡稳定性综合评价
• 4.7 分析和讨论
• 4.7.1 边坡变形破坏机制分析
• 4.7.2 弯曲倾倒破坏规律的探讨
• 第5章 边坡崩塌岩块运动轨迹预测
• 5.1 岩块运动特点
• 5.2 预测方法
• 5.3 崩塌岩块运动轨迹预测
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献