随着经济的高速发展,人们对交通的需求不断增加,我国部分高速公路已无法满足当前的交通需求,对高速公路的改扩建迫在眉睫。高速公路的改扩建工程需要对既有边坡进行二次开挖,而高边坡的二次开挖需要破除原有的支护结构,改变坡面原有的应力状态,随意开挖容易引起边坡失稳破坏。因此本文以京沪高速鲁苏界改扩建工程为依托,采用现场调研、理论分析以及数值模拟等方式对既有支护结构的高边坡二次开挖稳定性问题进行研究,主要结论如下:(1)对京沪高速扩建路段进行边坡现场调查及室内试验研究,掌握了K499边坡以及K503边坡的工程信息,利用赤平投影法分析了边坡的稳定性,发现K499边坡稳定性较好,而K503边坡稳定性较差,工程建设中需要重点分析。(2)对边坡的稳定性影响因素进行分析,讨论了各因素与安全系数之间的关系,并利用灰色关联度法确定了各因素对边坡安全系数的影响大小依次是预应力锚索支护>边坡坡面形态>粘聚力>内摩擦角>重度>坡度>边坡的高度。(3)将灰色关联度法引入到模糊综合评价中,建立了考虑锚索支护的新型边坡评价模型,提出了安全系数的拟合公式,发现K503边坡的稳定性大小为开挖后有支护边坡>开挖前有支护边坡>开挖后无支护边坡>开挖前无支护边坡。(4)利用Midas GTS软件建立了K503边坡的计算模型,并对比验证了模型的可靠性;通过分析有无锚索支护的边坡,发现锚索支护对边坡的安全系数、坡面的变形等影响较大,为减少既有锚索支护的拆除带来的影响,保证二次开挖的安全,提出“四、五级边坡支护拆除,四、五级边坡开挖支护,之后,支护去除一级,边坡开挖一级,支护一级”的开挖方式;边坡的稳定性与每级开挖深度并非线性相关,当开挖深度为10米时K503边坡的稳定性较好。(5)采用不同的开挖方式对既有支护高边坡的二次开挖过程进行数值模拟分析,结果表明:采用本文提出的开挖方式可以减少既有预应力锚索拆除带来的不利影响,提高边坡前期开挖的稳定性;不同位置的预应力锚索对边坡的影响大小不同,其中,一级坡坡面处的施工对边坡的稳定性影响较大,二、三级坡面的施工对边坡的影响较小。