单面山是由单斜岩层构成的一边极斜一边极缓的山,较缓的一侧的坡度常与岩层倾向一致,而另一侧的斜坡与层面近似垂直。硅质岩是一种以二氧化硅为主要化学成分的岩石,居沉积岩第四位。截至当前,全国各个铁路、公路工程还没有经过有如此大范围、长距离、广区域分布的单面山硅质岩边坡,没有可以借鉴的成功经验。本文以桂北山区资兴高速单面山硅质岩路堑边坡为研究对象,通过现场调查量测统计、室内试验、现场原位直剪试验、数值模拟、现场监测等手段进行了硅质岩的力学性质、岩体结构面的力学参数、硅质岩边坡稳定性影响因素分析、结构面计算机网络模拟和单面山硅质岩路堑边坡破坏机理及治理效果评价等研究。得到了如下结论:(1)研究区单面山主要是受到资源—新宁张扭性正断层作用,单面山倾角约25°,走向与资兴高速的走向近似一致,坡体上发育的两组结构面属于不稳定结构面组合,开挖可能失稳产生掉块或者顺层滑动。(2)根据现场的调查,总结了硅质岩顺层边坡坡体结构与破坏类型的对照关系,将硅质岩的岩体结构划分为整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构及散体状结构五类,单面山硅质岩路堑边坡主要的破坏类型为滑移—拉裂式、受控于结构面或追踪节理形呈阶梯状滑面式,并总结了影响单面山稳定性各因素的影响程度为天然坡角>内摩擦角>开挖高度>开挖坡角>粘聚力=层厚。(3)室内实验得到硅质岩的岩块性质,根据单轴压缩试验,其应力应变全过程曲线为屈服后应变硬化式,即在非稳定破裂发展阶段当应力为峰值应力的50~65%时先出现“平台”,屈服过后,应力继续增长,表现为应变硬化,硬化后达到最大的轴向承载力,在硬化阶段岩块内发生竖向劈裂式破坏,形成贯通的裂隙,与现场观察一致;三轴试验表明在低围压下呈现局部突出剪切破坏面未贯通的特性,而随着围压的增加,破裂角逐渐减小,破裂面的起点有从顶面向侧面转移的趋势。(4)为了了解硅质岩结构面的强度,在广西壮族自治区桂林市天门村进行了硅质岩结构面强度的原位试验,然后结合现场调查基于Barton模型估算了硅质岩结构面抗剪强度。结果表明,硅质岩结构面的剪应力—位移曲线呈现出塑性变形的特征,剪切过程具有爬坡、空化、剪胀的特点。剪切曲线分为剪胀、剪断凸台和完全接触三个过程。结构面受剪力初期,剪应力上升较快,剪切位移随剪应力的增大而几乎成线性的增大,处于弹性状态;随着剪应力的不断增大,在剪切面处发生爬坡作用和啃断作用这两种力学效果;当将结构面上的凸台被啃断后,剪应力上升的梯度变小,直至峰值强度,处于完全接触状态。两种方法得到的抗剪强度参数虽具有一致性但Barton模型的数值偏低,且由于Barton模型参数的确定带有很强的主观性,可能造成较大的人为误差。因此在没有经验值和相关工程参考的地区进行现场大剪试验是十分必要的,既保证了工程的可靠性,又避免过于保守,本次实验的结果为类似工程的取值提供了参考(5)采用Midas GTS NX软件建立研究区三维模型,得到单面山硅质岩坡体的破坏模式为滑移—拉裂式破坏,开挖导致的应力重分布使坡脚处先产生应力集中,岩体内的微破裂逐渐累积,直至形成宏观破裂面;坡体的变形主要沿着结构面及结构面上的岩体向坡体后缘扩展,直至贯通破坏。并在现场采用测线法进行结构面的测量,进行基于K均值聚类法的结构面网络模拟得到,该边坡在天然状态及开挖二级边坡时,坡体的稳定性较好,发生破坏的概率较小,而在开挖到一级边坡时,发生失稳的概率为76%。(6)边坡开挖后顺层滑动范围与天然坡脚、层面强度参数、开挖高度等因素有关,总结得到了松动区范围与上述影响因素之间的关系图。现场边坡的加固措施采用锚索格构及局部的独立锚墩,通过现场监测得到坡体地表变形的总变化趋势为先增大后逐渐稳定;锚索应力变化主要经历三个阶段,应力衰减阶段、应力波动阶段和应力稳定阶段。地表位移监测和锚索应力监测结果说明在当前治理设计方案下,坡体能够呈现出较为稳定的变形状态,具有较好的整体稳定性,边坡加固效果明显有效。