寒区冻融环境下岩质边坡稳定性分析研究.pdf

VI 4.1.2 冻融循环对边坡稳定性影响初步分析 ............................................................................ 28 4.2 新疆高寒地区喷射混凝土边坡温度场与应力场耦合时效分析 ............................................... 30 4.2.1 前言 ................................................................................................................................... 30 4.2.2 温度应力与热应力耦合有限元分析理论 ........................................................................ 31 4.2.3 工程实例分析 ................................................................................................................... 33 4.2.4 结论 ................................................................................................................................... 39 4.3 冻融环境下新疆高寒地区岩质边坡稳定性初探 ....................................................................... 40 4.3.1 冻融循环对边坡温度场的研究意义 ................................................................................ 40 4.3.2 冻结对岩质边坡的作用机理 ........................................................................................... 40 4.3.3 工程实例分析与计算 ....................................................................................................... 40 4.4 本章小结 ....................................................................................................................................... 51 第五章 结论与展望 ................................................................................................................................... 52 5.1 结论 ............................................................................................................................................... 52 5.2 展望 ............................................................................................................................................... 53 参考文献 ....................................................................................................................................................... 54 致谢 ............................................................................................................................................................... 57 作 者 简 介 ................................................................................................................................................. 58 寒区冻融环境下岩质边坡稳定性分析研究 1 第一章 绪论 1.1 研究背景及意义 1.1.1 研究背景 当今世界，边坡己变成同地震和火山相并列的全球性三大地质灾害之一[1]。

边坡是人类生存的重要环境，甚至是工程建筑的一个重要组成部分人类在从事工程建设的过程中，不可避免地会对岩石圈的表层进行了改造，其中，人类一些大型的工程活动，往往会对岩体进行大量的挖掘，例如：露天采矿、道路修筑、水电建设等，在工程建设过程和完工后，会形成一些临时性的和永久性的岩质工程边坡改革开放以来，我国经济建设迅速发展，随着西部大开发和振兴东北战略的逐步实施，尤其是援疆计划的开展，在新疆地区将会出现大量的基础设施，对这些基础设施进行建设，就会形成大量的岩质边坡近年来，工程建设规模逐渐增大，工程建设区地质地形条件复杂化，使得工程上出现了大量的高边坡问题，因此，边坡的稳定性情况，会直接影响工程的施工进度及安全性如果工程建设中的岩质边坡出现失稳事件，就会导致崩塌、泥石流等地质灾害的发生，不仅引起人们生命和财产的严重损失，而且还会影响整个工程的工程安排， 进而增大工程投资， 由其引起的间接损失也非常巨大[2] 由于我国独特而复杂的地形地质条件和社会发展需求，岩石边坡问题在20世纪中后期成为一个非常具有中国特色的重大工程地质问题20世纪，研究者们对岩质高边坡问题进行了大量的研究，在很多方面取得了举世瞩目的成就，例如：有关岩质高边坡的变形破坏滑移机理和稳定性分析评价方法、高边坡运行期间的监测预警及失稳可能导致的地质灾害防治等，这些成就都在一定程度上奠定了这一领域我国在世界上的水平和地位。

但同时我们必须清醒的认识到，随着我国大规模工程建设的持续开展，岩质边坡稳定性问题将在我国长期存在，并且将以复杂性和重要性给我国的工程科学和工程地质工作者带来持续的挑战因此，继续加强复杂岩体中高边坡稳定性的理论研究，加强重大工程边坡稳定性的应用研究将是我国工程地质界今后一项持续而又重要的任务多年来已经有许多学者做了大量的边坡稳定性方面的研究工作，使得边坡稳定性分析理论有了非常丰富的内容但是，由于边坡问题具有复杂性，造成边坡的失稳滑移也有很多模式，其影响因素也有很多目前的分析方法主要是以定性分析来研究边坡的稳定性问题，而针对工程中松散破碎岩体形成的边坡的稳定性研究却很少，得到的松散破碎岩体的边坡稳定性影响因素也相对较少 近年来，学者已经对常温下的岩质边坡稳定性影响因素进行了大量地研究，但对于寒区岩质边坡而言，其与常温地区边坡具有明显的区别，除了常温下的影响因素之外，寒区的季节温差和昼夜温差都很大，因此，气温变化对寒区岩质边坡具有很大的影响，我们就必须要考虑冻融作用对边坡可能造成的稳定性影响长期冻融循环作用还会造成边坡岩体发生崩塌，寒区冻融环境下岩质边坡稳定性分析研究 2 甚至会威胁人们的行车安全。

岩质边坡的破坏过程， 实际上就是其上部岩体的物理风化过程沈珠江院士[3]指出：岩石的风化一般指的是岩石物理力学性质的劣化，是由暴露于空气中的岩体受到大气、水和生物的综合作用引起的在岩质边坡工程中，大量的开挖就会造成原先处于深部的岩体暴露于空气中，受到风化作用的影响岩质边坡就会出现崩塌破坏等现象对于寒区边坡来说，气温的变化对其稳定性的影响机理主要表现在边坡岩体经历长期冻融作用后会发生损伤劣化问题，岩体本身强度也会下降寒区的季节温差和昼夜温差都很大，其会对岩体产生很大的影响，特别是对一些强度低而含水率高的岩体，经历冻融循环后，岩体物理力学性质变化会很大岩体本身作为一种天然性的损伤材料，含水量很高时，当岩体冻结时，处于岩体内部的水分就会结冰，岩体发生体积膨胀，由此产生的冻胀力会对岩体造成损伤如果岩体中存在大量的节理、裂隙及软弱夹层，在这些层面中产生的冻胀力就会对岩体施加很大的压力，使得裂缝逐渐变宽，最终会导致岩体破裂冻胀变形对岩体的结构完整性产生影响，当岩体融化时这种变形不可能全部恢复，因此，长期的冻融循环会导致岩质边坡失稳同时，长期冻融引起冻结裂隙岩石的卸围压破坏突发性增强，岩体的扩容加剧，严重时甚至会发生岩爆，对此我们应采取行之有效地治理措施。

1.1.2 研究意义 随着西部大开发的逐渐深入以及援疆计划的开展实施，在新疆干旱寒区大量的道路、水利工程、资源开采及地下工程建设中，都会出现边坡施工新疆干旱寒区地质环境有其自身的特点，地区降雨量少，绝大部分岩质和松散岩质山体均无植被覆盖，加上地区环境的高日温差和年温差膨胀与收缩交替应力作用，伴随着春季的冻融循环交替，地区边坡工程地质主要呈现松散节理岩体，在外部自然环境的影响下，新疆干旱寒区边坡施工维护也就出现了新的特点及复杂性 新疆地处内陆，地区干旱少雨，农业灌溉用水多数来源于水库，多数水库选址在U形或V形河谷地段（如新疆下坂地水库），高速公路及铁路路基建设都将出现大量的边坡施工地质条件复杂，边坡滑移影响因素众多，冻融及冰雪融化等突发性液态水的渗入裂隙，随着地应力及时空效应将出现灾难性的滑坡边坡稳定的传统理论研究成果对这一特殊的地质环境的适应性显现出较大的差异目前以三峡工程为契机的边坡研究得出了丰富的研究成果，但新疆干旱高寒地区植被少、年温差和日温差大，出现交替应力将导致边坡岩石出现裂纹，春季冻融循环将加快裂纹的扩展，最终导致岩石风化严重，由于冻胀力加速岩石风化破碎，对这类特殊地质条件下的边坡稳定性分析研究进行的较少，随着国家的发展逐渐走向西部，新疆天山北麓道路、水利枢纽等基础设施将大量的建设，此类研究有较强的紧迫性。

例如，现在正在建设的玛纳斯河流域肯斯瓦特水利枢纽工程，该工程是玛河流域规划中的一座控制性骨干工程， 具有防洪、 灌溉、 发电等综合利用功能 其中边坡工程主要包括左岸坝顶高边坡、右岸Ⅳ级阶地前缘边坡、施工道路两侧边坡、左岸岩质边坡、右岸边坡、导流洞、泄洪洞、发电洞、溢洪道及坝址线边坡，这些边坡的稳定性状况，直接影响工程进度和安全因此，寒区冻融环境下岩质边坡稳定性分析研究 3 针对我国新疆干旱高寒冻融环境下岩质边坡的稳定性分析研究有较大的使用价值和现实意义 1.2 研究领域国内外的研究动态及发展趋势 1.2.1 边坡的稳定性研究现状 人们通过对滑坡现象的表述已经认识到边坡稳定性问题的重要性[4]早期人们对边坡稳定性的研究主要是运用土力学中的极限平衡概念，由静力平衡条件来计算极限状态下边坡的稳定性[5、6]，结合边坡所处的地质环境和形象。