公路黄土路堑高边坡稳定性研究

论文摘要

随着国家西部大开发的实施,作为带动西部经济发展的交通运输工程（特别是高速公路）已得到优先发展,尤其西部黄土地区公路建设更是得到迅猛发展。在地质背景复杂的黄土地区进行公路建设中,形成了大量黄土路堑高边坡。这些黄土路堑高边坡由于纵断面长、横断面宽、坡高极高,工程量巨大,在经济合理的前提下保证边坡的整体稳定性与坡面稳定性,是工程中需要解决的技术难题。同时,经过近十年高等级公路的运营,对大量黄土路堑边坡的使用状况已有初步的认识,这为研究黄土路堑高边坡的稳定性提供了借鉴。本文依托西部交通建设科技项目“黄土地区公路高边坡防护技术研究（200131800020）”,通过对黄土地区已建或在建公路黄土路堑高边坡的大量野外调查,结合室内外试验和理论计算分析等研究,取得如下主要成果:（1）依据黄土的成因时代、物质组成、结构构造及水文地质等条件,总结出了的黄土路堑高边坡的八大类地质结构类型模型。同时分析了黄土路堑高边坡坡面与坡体变形破坏的特征。这对公路黄土路堑高边坡稳定性分析以及防护工程设计都具有非常重要的实际意义。（2）将现场调查55个典型边坡作为范例,首次建立了以范例推理方法为手段的工程类比数据库,为拟建的黄土路堑高边坡设计提供了设计参考依据。该数据库将变权思想应用到属性权值的计算中,体现了权重对环境的敏感性,计算结果更加接近实际。（3）根据大量调查资料和现场冲刷试验结果,并结合理论计算,总结出了公路黄土路堑高边坡的适宜坡型（阶梯型）和坡面防护措施。同时,结合前人研究成果,提出了公路不同分区、不同地质结构模型的黄土路堑高边坡坡型设计和坡面防护方案推荐表。（4）通过实验发现,钻孔取样对土样有一定的扰动性,参数存在较大误差,本文根据探井取样结果研究,给出了黄土参数的修正公式。另外,根据大量参数统计分析发现:水对直剪试验强度指标的c值影响较大,对?值影响较小。同时经统计发现,黄土的物理指标重度的变异性小。抗剪强度指标c和?值的大范围统计变异性很大,单个工点统计变异性要比大范围统计的变异性小。当采用不同深度的强度指标进行统计分析时,可不考虑参数相关性的影响。物理指标含水量w和重度γ基本符合正态分布和对数正态分布,少数符合极值Ⅰ型分布。抗剪强度指标c和?大部分符合正态、对数正态和极值Ⅰ型分布,少数符合威布尔分布。（5）采用Fredlund非饱和土强度公式,对取自西禹高速某边坡的Q2黄土样,进行基质吸力测试,获得强度公式中相应的指标。并通过对含水量与基质吸力进行回归,得到二者的关系式,可依据含水量计算基质吸力,免去测试吸力的麻烦。（6）根据现场调查的251个黄土路堑边坡,从中选择207个典型稳定边坡,根据公路工程地质法的四个分区,八类地质结构模型,建立了坡高与综合坡度的对数线性相关关系。（7）建立了基于简化Bishop法的Monte-Carlo法的边坡可靠度指标计算方法。对四区八类地质模型共142个计算坡高点,12种强度参数变异系数组合,进行1704次的模拟计算。根据对失效概率Pf与可靠度指标β的变化分析,且考虑目前工程中测试黄土强度变异性的水平,取δc=0.3,δ?=0.15组合作为高等级公路黄土路堑高边坡失效概率推荐的控制因素,取δc=0.5,δ?=0.2作为二级及二级以下公路的失效概率推荐的控制因素,给出了不同分区、不同地质结构模型和不同等级公路的黄土路堑高边坡失效概率及可靠度设计标准推荐方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.2 黄土路堑高边坡稳定性研究现状
• 1.2.1 高边坡坡型研究现状
• 1.2.2 坡面防护研究现状
• 1.2.3 坡体稳定性计算研究现状
• 1.3 本文主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 主要技术路线
• 第二章 黄土地区公路路堑高边坡现状调查及地质结构模型划分
• 2.1 黄土路堑高边坡现状调查
• 2.1.1 Ⅰ区（东南区）
• 2.1.2 Ⅱ区（中部区）
• 2.1.3 Ⅲ区（西部区）
• 2.1.4 Ⅳ区（北部区）
• 2.2 黄土路堑高边坡地质结构模型及其主要特征
• 2.2.1 黄土的物理力学特征与特殊的结构构造
• 2.2.2 黄土路堑高边坡地质结构类型划分及特征
• 2.2.3 黄土路堑高边坡地质结构模型分布现状
• 2.3 黄土路堑高边坡变形破坏类型及机理分析
• 2.3.1 黄土路堑高边坡的变形破坏类型分析
• 2.3.2 黄土路堑高边坡的变形破坏机理分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于范例推理的黄土路堑高边坡工程类比研究
• 3.1 范例推理的基本原理及关键技术
• 3.1.1 范例推理的基本原理
• 3.1.2 范例的存储表达和属性权重的确定
• 3.1.3 范例数据归一化处理
• 3.2 基于欧氏距离和曼哈顿距离的范例推理模型
• 3.2.1 基于欧氏距离范例推理模型
• 3.2.2 基于曼哈顿距离范例推理分析
• 3.3 基于模糊相似优先比的范例推理模型
• 3.4 基于范例推理的黄土路堑高边坡数据库
• 3.5 黄土路堑高边坡数据库系统简介
• 3.5.1 黄土路堑高边坡数据库操作简介
• 3.5.2 数据库系统管理维护
• 3.6 本章小结
• 第四章 黄土路堑高边坡坡面稳定性研究
• 4.1 黄土路堑高边坡坡型研究
• 4.1.1 黄土路堑边坡坡型设计现状
• 4.1.2 台阶型边坡三要素确定
• 4.1.3 不同坡型组合情况下边坡应力重分布及其塑性域变化规律
• 4.1.4 黄土路堑高边坡坡型设计方案推荐
• 4.2 黄土路堑高边坡坡面防护措施
• 4.2.1 工程防护
• 4.2.2 植被防护技术
• 4.2.3 综合防护技术
• 4.3 现场模拟降雨冲刷试验对植被防护效果的分析研究
• 4.3.1 试验的目的及设计
• 4.3.2 基于厚层基材喷播植草护坡的黄土路堑高边坡模拟降雨冲刷试验
• 4.3.3 基于三维植草护坡的黄土路堑边坡现场模拟降雨冲刷试验
• 4.3.4 基于植树护坡的黄土路堑边坡现场模拟降雨冲刷试验
• 4.4 黄土路堑高边坡坡面防护方案推荐
• 4.5 本章小结
• 第五章 非饱和黄土强度参数的预测研究
• 5.1 黄土强度参数的统计量与概率分布特征
• 5.1.1 数据来源与统计
• 5.1.2 统计数据分析
• 5.2 黄土路堑边坡降雨入渗规律研究
• 5.2.1 黄土路堑边坡降雨入渗试验
• 5.2.2 黄土路堑边坡降雨入渗的有限元模拟
• 5.3 非饱和黄土的强度理论分析
• 5.3.1 非饱和土的应力状态变量
• 5.3.2 非饱和土的抗剪强度
• 5.3.3 非饱和黄土基质吸力的测定与分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 黄土路堑高边坡坡体稳定性的可靠度研究
• 6.1 可靠度计算模型的确定
• 6.1.1 理论计算模型确定
• 6.1.2 地质模型的确定
• 6.1.3 计算参数的选用与变异系数组合方案设计
• 6.2 模拟结果分析
• 6.3 目标可靠度的提出
• 6.4 安全系数与失效概率的关系分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论、创新点及进一步研究的问题
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 进一步研究问题
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢