高速公路改扩建工程中常碰到既有高边坡二次开挖,受边坡岩土体种类、工程及水文地质特征、开挖及支护方式、道路运营安全性等因素的影响,其稳定性及变形控制是极为特殊、复杂的岩土工程问题。本文结合京沪高速公路莱芜至临沂段改扩建工程一处顺层缓倾岩质高边坡二次开挖实体工程,采用现场锚杆拉拔试验和数值模拟手段,研究了高边坡二次开挖过程中的稳定性、变形及应力变化特征,提出了二次开挖面的支护设计建议。主要研究结果如下:(1)全长粘结性锚杆卸载后拉拔试验过程呈现“二次拉拔”现象,施加拉拔力至卸载回缩量恢复时达到锚杆的工作荷载,锚头变形超过注浆体变形极限后脱黏进入屈服-破坏阶段,二十年运营期内锚杆极限承载力损失在23.93%~31.94%。(2)缓倾顺层边坡开挖后以水平向的受力变形为主,变形模式为后缘台阶形拉裂-顺层滑动和前缘弧形切层滑动的组合型破坏,每级边坡的开挖均使坡体稳定性降低,边坡支护后的稳定性提升约10%,锚杆支护在一定程度上约束了坡体的失稳趋势。(3)边坡在一次开挖过程中显著改变坡体原有应力状态,形成了台阶形的岩层拉裂-顺层滑移变形区,台阶形变形区以堆载的形式将重力荷载传递至坡面中下部岩层,使缓倾的岩层产生了弧形的切层变形区,边坡二次开挖扰动使两处变形区进一步发展,二次开挖引起的位移量不如一次开挖显著,但二次开挖松动区范围大于一次开挖。(4)锚杆、锚索的布设密度、长度、设置角度及预应力等设计参数与边坡稳定性正相关,均存在最佳设计值,超过该最佳设计值会降低锚杆、锚索的支护效应;(5)二次开挖面采用“锚索+锚杆”支护后,锚杆受力状态减弱;处于主动加固状态的锚索锚固段轴力分布呈曲线衰减形分布,在距锚头3~4m长度范围内衰减90%以上,锚尾处基本不受力;处于被动加固状态的锚索锚固段轴力呈凸形分布,轴力水平显著大于主动加固状态锚索。(6)以一次开挖坡面支护锚杆的实测工作荷载值作为坡体稳定性判断依据,当二次开挖面所测得锚杆、锚索的工作应力接近判断荷载时,坡体失稳预警。论文研究成果可为高速公路改扩建工程中类似边坡二次开挖的设计、施工提供理论参考和技术支撑。