KKH二期特殊地质高边坡稳定性及防护措施研究

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随着喀喇昆仑公路(简称 KKH)二期工程的建设,沿线产生了大量的千枚岩高边坡,边坡稳定与否影响着公路的正常运行。为此,本文针对千枚岩高边坡的主导破坏模式建立了有限元数值模型,利用强度折减法分析了边坡的破坏过程,进行了边坡参数和锚固参数的敏感性分析,对施工开挖过程进行了模拟,为边坡的修建与支护提供参考。
  首先,根据KKH二期工程的勘察设计资料,分析了千枚岩高边坡稳定性的影响因素,介绍了千枚岩边坡的主导破坏模式,即沿着软弱夹层的顺层滑移破坏。结合沿线12个千枚岩高边坡的资料,根据边坡工程风险评价法,9号边坡取得了最高分79分,将其作为后续ABAQUS建模基础。
  其次,利用ABAQUS建立了含有软弱夹层的典型高边坡模型,通过强度折减法计算出了边坡安全系数Fs=1.092,分析了边坡的破坏过程。通过与不含软弱夹层与含多条软弱夹层的模型对比,验证了模型的合理性。之后对软弱夹层参数和边坡几何参数进行了敏感性分析,结果表明除单级坡率外的各参数与边坡安全系数呈线性关系。软弱夹层参数的敏感系数大小顺序为:夹层倾角>内摩擦角>粘聚力>厚度,敏感系数大小分别为:0.772、0.663、0.308、0.005;边坡几何参数的敏感系数大小顺序为:单级坡率>边坡高度>单级坡高>平台宽度,敏感系数大小分别为:0.971、0.396、0.093、0.039。
  然后,对边坡进行了锚杆支护模拟,边坡安全系数Fs=1.709,增长了57%,边坡破坏时的最大位移为10.6cm,降低了73%,锚杆支护效果非常明显。通过对锚杆参数进行敏感性分析,确定敏感系数大小排序为:锚杆间距>锚杆长度>锚杆倾角,敏感系数大小分别为0.512、0.448、0.123。根据锚杆参数与边坡安全系数的关系,提出了优化后的锚固设计参数为:锚杆长度16m、锚固倾角15°、锚杆间距为3.4m。
  最后,对边坡进行了开挖模拟,发现坡脚开挖会引起水平位移的快速增加,而开挖导致软弱夹层出露,增加了软弱夹层内的塑性应变,开挖会使坡面产生 46~91kPa 的拉应力,施工过程中要注意坡面是否开裂,及时进行处理。通过对比四种开挖锚固方案,发现逐级开挖逐级支护的方案能够保持边坡安全系数始终处于相对较高水平,在施工过程中应优先采用此方案。
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