【摘 要】
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岩溶化边坡是我国西南地区常见的边坡,受水体溶蚀作用,坡体内部节理裂隙、溶洞等发育,加之溶洞内部易充填水体和边坡软土碎石等影响,与非可溶性边坡相比,岩溶化边坡整体稳定性较差,易发生失稳破坏。本文针对岩溶化边坡稳定性的影响因素及其作用规律、岩溶边坡失稳破坏机理等不明确的问题,采用理论分析、数值模拟、现场应用等相结合的方法,对岩溶边坡开挖过程中的应力变形特征、溶洞及边坡参数对边坡稳定性的影响规律、岩溶边
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岩溶化边坡是我国西南地区常见的边坡,受水体溶蚀作用,坡体内部节理裂隙、溶洞等发育,加之溶洞内部易充填水体和边坡软土碎石等影响,与非可溶性边坡相比,岩溶化边坡整体稳定性较差,易发生失稳破坏。本文针对岩溶化边坡稳定性的影响因素及其作用规律、岩溶边坡失稳破坏机理等不明确的问题,采用理论分析、数值模拟、现场应用等相结合的方法,对岩溶边坡开挖过程中的应力变形特征、溶洞及边坡参数对边坡稳定性的影响规律、岩溶边坡失稳破坏机理及其治理等方面开展了研究,取得的主要成果如下:1)获得了有无溶洞、溶洞是否含水压等工况下岩溶边坡的应力变形特征。通过选取无岩溶发育边坡、岩溶溶洞型边坡以及岩溶水压型边坡三种工况,利用FLAC3D有限元强度折减法,进行边坡开挖的数值模拟计算。在边坡分级开挖阶段,应力变形特征主要有四个方面:一是含溶洞型边坡对边坡安全系数有很大影响,尤其是含有水压的情况下;二是岩溶溶洞型与岩溶水压型边坡在开挖断面处最大、最小主应力更大,溶洞周围围岩应力重分布,更易塑性破坏;三是含溶洞型边坡临空面处剪应力集中,剪应力最大;四是含溶洞型边坡产生的剪应变增量很大,尤其是在有水压的情况下最大剪应变增量更大。2)阐明了溶洞分布参数和边坡坡体参数对岩溶边坡稳定性的敏感性程度及影响规律。根据正交试验对安全系数进行方差分析、极差分析以及显著性分析,发现岩体粘聚力、内摩擦角以及边坡的坡角对边坡稳定性最敏感。随着溶洞尺寸不断增大时,边坡的安全系数也在单调减小,在一定的范围内,随着溶洞距离边坡坡面越远,边坡的安全系数越小;当岩体粘聚力和内摩擦角降低时,边坡抗剪强度降低,安全系数越小,边坡的坡角越大,安全系数越小。3)揭示了岩溶边坡的失稳破坏机理。依托某岩溶边坡工程,通过对该工程进行工程地质勘察,分析该岩溶边坡岩溶发育的影响,利用数值模拟边坡塑性区由溶洞的临空面逐渐向周围围岩扩大并延伸至坡体内部的过程以及岩溶边坡坡顶垮塌失稳破坏过程,并发现诱发岩溶边坡失稳机理主要跟岩体、结构面、溶洞空腔、岩溶水、坡体内的节理裂隙有关,并判断该岩溶边坡属于崩塌-滑坡式失稳模式。4)分析了岩溶边坡的处理加固措施。分别采用三种初步治理方案“锚杆+锚索+框架梁（ZL-1）”、“锚杆+锚索+框架梁+填充（ZL-2）”以及“锚杆+锚索+框架梁+抗滑桩（ZL-3）”,ZL-0为溶洞边坡开挖后未进行支护的初始状态,通过Midas数值模拟,方案ZL-1、ZL-2、ZL-3分别与ZL-0对比分析稳定性系数、塑性区以及剪应力,其中方案ZL-2与ZL-3稳定性系数更大,边坡更稳定;方案ZL-2与ZL-3塑性区更小,潜在滑动面范围很小;方案ZL-2与ZL-3的构件承担大部分剪应力,边坡稳定性很好;最终确定最合理、最经济的治理方案为ZL-2。
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