高速公路岩质边坡综合治理新材料新技术研究

论文摘要

随着我国经济建设的不断发展和西部大开发战略的实施,高等级公路建设项目日益增多。而我国西部地区地质条件极为复杂,褶皱和断层构造广泛分布,对强风化岩质边坡的有效治理是西部地区高等级公路建设中的关键环节。根据边坡潜在滑动面的位置可将岩质边坡的滑动分为浅层滑动和深层滑动两种形式。通常在一个边坡工程中,这两种滑动形式同时存在互为因果。因此在边坡治理工程中应结合具体情况采取相应的加固措施。论文结合贵州省山区高速公路建设项目,研究用于边坡治理的新材料和新技术,主要开展了以下几方面的研究工作:(1)研制开发了增强预应力锚索锚固力和耐久性的新型灌浆材料。在一定配比的砂浆中掺入聚丙烯纤维,开展了室内材料性质的常规试验、砂浆锚固力的模型试验和现场预应力锚索的张拉试验,确定了纤维砂浆的最佳配比。(2)对比分析了纤维砂浆与普通砂浆灌浆材料的性质。室内和现场的对比试验表明,纤维砂浆具有较高的自身强度及与钻孔壁的粘结强度,能够改善预应力锚索锚固段的受力变形特征,增强抗裂能力,从而提高锚杆的锚固能力,其工程性能优于普通砂浆。(3)深入探讨了聚丙烯纤维增强砂浆锚固力和耐久性的作用机制。采用三维弹塑性有限元分析方法,模拟分析了拉力型锚索中锚固段的受力与变形特性,从而得到锚固段纤维砂浆在预应力作用下的传力机制。为实际工程中减少锚固段长度,降低锚索失效率提供了理论依据。(4)开展了浅层压力灌浆材料的研究。通过对现有灌浆材料特性的调研与分类,对常用的水泥类灌浆材料进行了室内试验,分析其各自的性能和适用条件。(5)研究了浅层压力灌浆法增强边坡稳定性的机理。采用理论分析和有限元模拟分析相结合的方法,对压力灌浆前后边坡稳定性的破坏模式进行了对比分析。(6)实际工程应用。将研究提出的纤维砂浆和浅层压力灌浆技术应用于高速公路的边坡治理工程。加固效果的检测结果和有限元模拟分析的结果表明了研究成果的可行性,为纤维砂浆以及浅层压力灌浆法加固边坡的应用与推广奠定了基础。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 边坡加固方法国内外研究现状
• 1.2.1 我国边坡治理工程的发展
• 1.2.2 预应力锚索的研究与应用
• 1.2.3 锚固段灌浆材料的研究
• 1.2.4 压力灌浆加固法的研究与应用
• 1.3 本文的主要研究工作
• 1.4 本文的结构安排
• 第二章 锚固段灌浆材料的试验研究
• 2.1 纤维砂浆的提出
• 2.2 灌浆材料的工作性能试验
• 2.2.1 试验材料及配合比
• 2.2.2 纤维的分散性
• 2.2.3 灌浆材料的流动性
• 2.2.4 灌浆材料的稳定性
• 2.2.5 灌浆材料的力学性能
• 2.2.6 灌浆材料的抗渗性
• 2.2.7 灌浆材料的粘结强度和握裹力
• 2.3 普通砂浆和聚丙烯纤维砂浆的劈裂抗拉强度
• 2.3.1 试验材料及配合比
• 2.3.2 试验方法
• 2.3.3 试验结果及分析
• 2.4 室内粘结抗剪模型试验
• 2.4.1 与混凝土壁的粘结抗剪强度试验
• 2.4.2 与灰岩岩石圆壁的粘结抗剪强度试验
• 2.5 锚索现场张拉试验
• 2.5.1 试验场地
• 2.5.2 试验设备、试验材料及配合比
• 2.5.3 试验方法
• 2.5.4 试验结果及分析
• 第三章 纤维砂浆增强锚索锚固作用的机理研究
• 3.1 纤维砂浆预应力锚索受力特点
• 3.1.1 纤维对砂浆基体结构特性的改善作用
• 3.1.2 纤维对砂浆基体力学特性的改善作用
• 3.1.3 纤维砂浆预应力锚索受力特点
• 3.2 锚索加固边坡的有限元分析模式
• 3.2.1 弹塑性应力应变关系
• 3.2.2 接触面单元模型
• 3.3 现场试验分析
• 3.3.1 第一种破坏形式
• 3.3.2 第二种破坏形式
• 3.3.3 结果分析
• 第四章 浅层压力灌浆材料的试验研究
• 4.1 试验内容和主要目的
• 4.2 试验用材料
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 PO32.5 与PO42.5 水泥混合浆液性能比较分析
• 4.3.2 水泥混合浆液—同种材料不同配比组合浆液性能比较分析
• 4.3.3 不同水泥、粉煤灰含量、掺砂量水泥混合浆液性能比较分析
• 4.3.4 试验结果总结
• 第五章 浅层压力灌浆法加固岩质边坡的理论研究
• 5.1 边坡浅层压力灌浆的作用
• 5.2 浅层压力灌浆的设计参数研究
• 5.2.1 灌浆压力
• 5.2.2 扩散半径
• 5.2.3 灌浆量
• 5.3 压力灌浆法加固边坡的机理分析
• 5.3.1 被灌介质强度增长
• 5.3.2 影响介质强度增长的因素
• 5.3.3 提高边坡稳定性
• 5.4 浅层压力灌浆法加固边坡的有限元分析理论
• 5.4.1 莫尔－库伦模型
• 5.4.2 接触面单元模型
• 5.5 浅层压力灌浆法加固边坡的工程实例分析
• 5.5.1 工程概况
• 5.5.2 有限元分析
• 第六章 工程实践
• 6.1 纤维砂浆预应力锚索的应用
• 6.1.1 工程概况
• 6.1.2 加固措施
• 6.1.3 锚索预应力监控
• 6.1.4 数值仿真分析
• 6.1.5 经济效益分析
• 6.2 浅层压力灌浆法的应用
• 6.2.1 工程概况
• 6.2.2 加固措施
• 6.2.3 浅层压力灌浆效果检测
• 6.2.4 数值仿真分析
• 6.2.5 经济效益分析
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢