多场耦合下滇中红层边坡劣化机理及变形失稳模式研究

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云南省尤其是滇中地区是红层软岩广泛分布地区之一。近年来,随着云南高速公路建设的快速发展,由于红层软岩特殊的岩性特征,在地震、降雨以及人类的工程活动下,滇中地区的边坡滑坡崩塌问题频发,给人们生命财产安全及工程建设带来了巨大的威胁。鉴于此,本文以云南滇中地区玉楚高速公路为依托,针对滇中地区红层软岩遇水易崩解软化的难题,尤其是在工程开挖扰动后在重力、地震、降雨共同作用下红层软岩边坡失稳灾变的突出问题进行深入研究,揭示红层软岩边坡在多场耦合作用下劣化机理及其变形失稳模式。本文研究成果如下:(1)选取两种代表性岩样为研究对象,利用XRD、XRF、电镜扫描等技术手段,了解岩石在遇水前后的物质成分组成及微观结构变化,结果表明红层软岩中含有大量的亲水类矿物,在浸水后这些矿物溶融作用显著,导致岩石孔隙增大、结构遭到破坏。同时为后文研究软岩在水岩作用下的劣化特性研究打下了研究基础。(2)研究红层软岩在水岩作用下物理力学性质变化规律及破坏模式。通过基本岩土试验,对两种岩石的含水率、密度、吸水率、渗透性等基本性质进行了了解;通过在三种含水状态的单轴压缩试验和不同含水状态和不同围压下的静三轴试验,得到了其抗压强度与抗剪强度指标,并分析了红层软岩强度在水岩作用下的强度劣化规律及破坏形态;通过循环荷载作用下的动三轴试验,分析了岩体在动力作用下累积应变及动应力-动应变关系,得到了动弹性模量变化规律,结果表明水和围压同样是影响岩体动力性质劣化的重要因素。(3)研究了红层软岩在水岩作用下劣化性质。通过试验研究发现在水的作用下软岩表现出不同程度的软化性、崩解性与膨胀性,并根据试验现象和结果,在前人的研究基础上对其三项水理性质进行了定性与分级,最后总结了软岩劣化机理。(4)基于FLAC 3D数值模拟软件,建立数值模型,对典型开挖边坡在重力、重力+地震及流固耦合作用下进行计算,探讨了耦合作用下红层边坡的变形及失稳模式。研究了路堑高边坡仅在重力作用下应力位移响应及变形破坏模式,并论证了红层边坡中互层构造对边坡变形失稳模式的影响;在重力与地震耦合中,通过分析施加地震波引起的边坡位移、加速度等参数变化规律,研究了在强震和重力的耦合作用下红层边坡的动力响应模式;在流固耦合中通过对不同降雨时长的互层边坡岩体饱和度、位移场变化及潜在滑动面等参数的变化规律,得到了降雨下边坡随时长的失稳特征及破坏模式。
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