三圣沟隧道出口边坡稳定性研究

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四川省西部山区的交通工程如拟建的都江堰-四姑娘山铁路、国道G350等在施工运营过程中常常遇到各种不良地质问题如危岩体、崩塌、滑坡、泥石流等。研究对象三圣沟隧道出口边坡的坡度较大,岩层陡立,风化较为严重,且洞口上方存在危岩体。定性分析发现此边坡结构面较多,通过单一调查点的定性分析不足以反映边坡整体破坏模式,故需要进行离散元数值模拟对边坡的破坏模式进行分析,为了对比和弥补离散元分析在反映边坡的应力、变形和强度演化特征,确定强度破坏的区域等方面的不足,再进行有限差分的模拟,考虑到地表起伏较大,故需要建立真三维边坡进行模拟研究,对比二维模拟中的不足。鉴于此,本文以某拟建铁路三圣沟隧道边坡为依托进行稳定性分析研究,借助室内单轴试验、定性分析和现场实测等方法进行研究,分析了三圣沟隧道出口岩性为变质砂岩夹板岩的物理力学参数以此并进行多种数值模拟。(1)首先通过对现场取样岩石现场点荷载试验和施密特锤体回弹试验得出该工点结构面强度。其次岩石的单轴压缩试验相对能够比较客观反映岩石的破坏过程,通过单轴试验获得三圣沟研究区域的岩石单轴压缩强度60MPa,弹性模量6.4GPa、泊松比0.25。运用Hoek-Brown强度准侧转化为测区砂岩体的参数变质砂岩夹板岩的抗压强度为1.05Mpa。(2)在室外数据的基础之上,研究现场6个调查点的结构面参数,边坡变形破坏特征为沿节理面滑动破坏和拉裂滑移,得出自然稳定坡脚为52.9°,HSMR评价得分为55分,赤平投影分析破坏模式为局部沿着节理面滑动。(3)最后通过有限差分软件FLAC3D和离散元软件3DEC模拟三圣沟出口边坡的自然稳定工况并对比实际调查进行模拟的正确性验算。在此基础上再进行降雨工况、地震荷载工况的模拟。同时分别各自对比UDEC和FLAC2D二维模型,研究地表起伏变化和模型边界效应对于数值模拟的影响。总的来说,自然和降雨也都产生了坡体表层和顶部的破坏,位移从厘米级发展为分米级,地震荷载下边坡发生沿着结构面滑动的失稳破坏,如滑坡等,对于两类软件的模拟初步证明了两种方法对于研究区域岩质边坡的适用性,有限差分模拟分析得出边坡的应力、变形和强度演化特征更加接近现场测量;离散元得出的破坏模式和定性分析吻合,故将两种软件结合起来分析更加适用岩质边坡破坏模式的研究。
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