运营铁路路堑边坡病害分析与整治

针对某铁路路堑工点运营期间的挡墙开裂、侧沟变形等病害,采用了工程地质调查、勘探、室内试验等综合手段,查明了滑坡的空间形态,对病害产生的原因进行了分析,根据对比反演参数和室内试验参数确定了滑面抗剪指标,评价了工点的稳定性。按照四项病害整治原则,结合正在实施的刷方卸载应急处理措施,制定了:方案一边坡大刷方卸载+局部锚固桩+框架锚杆+仰斜排水孔;方案二边坡局部刷方卸载+抗滑桩+框架锚杆+仰斜排水孔。经过方案比选,确定采用方案一,现场实施后,整治效果良好。

地震作用下非等宽平台路堑边坡的动力响应研究

非等宽平台设计是提高碎裂岩体路堑高边坡动力稳定性的有效方法之一,在规范平台宽度不小于2 m背景下,研究该类型边坡的动力响应特征具有重要工程应用价值。通过FLAC3D有限元软件计算三级台阶式边坡平台位置的PGA放大系数、塑性变形区和最大剪应变,然后基于数值模拟结果设计大型振动台物理模拟试验开展非等宽台阶式边坡变形失稳特征和PGA放大系数变化研究,对二级平台宽度引起的边坡破坏程度进行分析,提出路堑边坡工程设计建议。数值模拟表明,随着中间平台宽度增加PGA放大系数先减后增,考虑平台的分割效应下建议该工程二级平台宽度为4 m;物理试验表明,边坡易在平台处产生应力集中,平台分割效应使边坡逐渐分解为局部破坏,地震作用下发生累进变形破坏,分为缓慢变形、加速变形和失稳破坏阶段。研究成果为该类型路堑边坡平台的设计提供了依据。

圆形抗滑桩-拱形挡土板支挡性能与参数分析

为规避当前施工方法的不足,发展安全、高效和可靠的施工方法。依托东北地区某高速铁路路堑边坡工程,采用适于机械钻孔的圆形抗滑桩代替现行矩形抗滑桩,预制拱形挡土板,本文提出一种新型拱形板-桩墙支挡体系;并构建有限元模型,分析桩长、桩径、桩间距以及拱形挡土板矢跨比对新型拱形板-桩墙支挡体系支护性能的影响;揭示不同参数下桩顶水平位移与桩身内力的变化规律。研究结果表明:桩长与桩身弯矩和剪力大小呈正相关关系,与桩顶水平位移呈负相关关系。桩长超过14 m时,其对桩顶水平位移、桩身弯矩和剪力的影响效应明显减弱;随着桩间距增大,桩顶水平位移增大但变化幅度逐渐减小。拱形挡土板矢跨比增大时,桩顶水平位移、桩身弯矩和剪力均减小。影响拱形板-桩墙体系支挡性能的因素依次为桩间距、桩长、桩径和矢跨比。研究结果为圆形抗滑桩-拱形挡土板支挡体系在实际工程中的应用提供新思路。

大采高综采工作面切顶留巷矸石帮变形控制技术研究

为解决厚煤层大采高综采工作面切顶留巷矸石帮围岩控制难题,首先利用理论分析建立了不同挡矸支护条件下矸石帮位移变化的力学公式,以此为基础提出矸石帮变形控制双策略,减弱矸石帮变形压力和增强矸石帮的抗变形能力;其次利用现场实验设计两种类别共4组挡矸支护方案,探讨不同支护方案的矸石帮控制效果,验证理论研究成果。结果表明:①增强矸石帮侧顶板支护强度,能减弱矸石帮变形压力;②增架卡兰个数、增加卡兰预紧力、增加卡兰个数、增强U型钢之间的摩擦力等能增加U型钢滑移初始滑移应力,增强矸石帮的抗变形能力;③挡矸支护控制效果为:2副卡兰+单体支柱<2副卡兰+单元支架<2副卡兰+单元支架+呛柱<3副卡兰+单元支架。该研究可为同类条件下切顶留巷矸石帮变形控制提供参考。

山区切坡活动引发地质灾害风险评估及其防控措施

以秦岭北麓西安市临潼区仁宗街道为研究区,在野外调查、遥感解译的基础上,确定、分析了40处地质灾害隐患点的发育特征及其主要影响因素;基于DEM数据,构建了研究区663个斜坡单元地质灾害风险评估体系,通过地质灾害易发性、危险性和易损性分析,得到了考虑斜坡稳定性和承灾体危害性的仁宗街道斜坡单元地质灾害综合风险评估结果;通过野外实地验证,证实了评估结果的准确性和可靠性。据此划分了地质灾害防治区,从防灾减灾和工程建设两维度提出了仁宗街道的地质灾害风险防控措施建议,为研究区国土空间规划提供参考依据。

近坝岸坡涌浪灾害减灾措施效果评估——以削坡减载为主

有效减缓近坝库区涌浪灾害是保障水利工程高质量运行的前提。以大型工程近坝岸坡4号倾倒变形体失稳诱发涌浪为例,采用三维数值模拟,研究削坡减载措施对涌浪灾害消减特性并寻求评估减灾效率的方法。结果表明:库区涌浪波属于有限水深波,类型为弱非线性震荡波,该类型次生波浪高大于首波;提出了4种削坡减载方案,有效缓解了库区涌浪影响程度,如开挖量最少的方案四,坝前最大浪高2.55 m(不处理浪高11.31 m),折浪率约0.78。研究提出了削坡减载效率系数,可用于评估开挖量和减灾效果。研究成果可为库区滑坡涌浪减灾提供评估方法。

基于应力水平的边坡加固设计方法研究

当前边坡优化设计较多的依赖于工程经验,尚缺乏理论层面的设计依据和指导体系,为此,提出一种将应力水平分布和稳定性分析相结合,综合确定边坡加固位置和规模的设计方法,通过3个顺层路堑边坡工程实例阐述了该方法的应用方式和效果。所得结论主要有:①基于应力水平确定加固位置、稳定性分析确定加固规模,这种综合性方法通常能得到较优的加固设计方案,既可为边坡的初步设计提供理论指导,也可为经验优化方案的校验提供理论依据;②对于顺层岩质边坡,在岩层分界面处应力水平往往较高,若开挖后岩层分界面有出露,采用锚索穿过岩层分界面提高坡体稳定性具有较好的效果;③“剥山皮”式开挖对稳定性帮助不大,对于此类边坡采用较陡的坡率挖除加固更有效。

顺层深路堑边坡滑带土强度特性和基底预留厚度预警分析

含软弱夹层的顺层深路堑边坡在边坡工程中普遍存在,滑带土强度和基底预留厚度(开挖边坡基底到软弱夹层的距离)是影响其稳定性的2个关键性因素。以杨宣(杨柳-宣城)高速K42路堑边坡为例,分析了边坡变形演化过程和基底隆起变形特征,通过适合研究大剪切位移下土体抗剪强度的环剪试验揭示了边坡深部滑带土的特性,应用滑带土的饱和残余强度参数进行了边坡开挖基底预留厚度分析。结果表明:K42滑带土有明显的应变软化特性,且法向应力越小滑带土应变软化特性表现越明显;由峰值抗剪强度到残余抗剪强度,黏聚力和内摩擦角均表现出衰减效应,且黏聚力衰减程度大于内摩擦角;滑带土残余抗剪强度参数中的残余黏聚力随剪切速率的变化很小,而残余内摩擦角和剪切速率呈对数函数φ=0.1303ln v+7.3197关系变化,当剪切速率<2 mm/min时,滑带土残余抗剪强度参数对剪切速率较为敏感,反之敏感性较差;最后,依据边坡不同临界状态的回归方程h_(1)、h_(2)、h_(3)将不同坡率下的基底预留厚度分成A(失稳)、B(欠稳定)、C(基本稳定)以及D(稳定)4个区,并且在此基础上建立了基底预留厚度判据和边坡开挖基底预留厚度预警模型。

含挖填界面边坡三维稳定性上限分析

针对工程实践中挖填交界面与边坡坡面走向线斜交的高边坡空间三维稳定分析问题,基于极限分析上限定理,构建拓展的三维牛角状破坏机构,通过引入机构参数挖填界面倾角α突出边坡特性,建立与之对应的功能平衡方程,采用序列二次规划优化算法求解强度折减后的边坡安全系数上限解。在此基础上,计算了宁夏黄土丘陵地区妙岭750kV变电站高边坡以及相关文献中极限状态下边坡稳定性系数γH/c工程案例,并将计算结果与有限元极限分析软件模拟值进行对比分析。结果表明:随着挖填界面倾角α的增大,边坡安全系数Fs上限解和模拟值均减小,两种方法的计算结果相对误差在5.9%以内,且拓展的破坏机构与数值模拟的剪切耗散变形模式基本一致;在极限状态下,拓展机构的上限解和数值模拟结果都十分接近于1.0,二者相对误差未超过8.3%。研究工作为此类高边坡空间稳定分析问题提供了一种简便实用的计算方法。

露天矿地下水控制技术及对边坡稳定性的影响

我国富水露天矿多且涌水量大,若矿山地下水或边坡处治不当,将面临着“水患难止、边坡难固、有矿难采”的窘境。为解决露天矿遇到的水患和边坡失稳的问题,基于我国露天矿先后发展的垂直疏水孔、水平疏水孔、坑下大口径疏水孔和井群疏水等抽排方式,坑底泄水巷、基坑降水和辐射井疏干等疏放方式以及钻孔注浆帷幕、地下混凝土连续墙帷幕、钻孔咬合桩帷幕、防渗膜帷幕等截水帷幕和地层回灌水帷幕等多种地下水控制技术;开展了不同露天矿地下水控制技术对地下水位、端帮边坡岩土体力学性质变化、坡体应力变化和边坡稳定性系数影响的研究,分析了截水帷幕作用下地下水位抬升与边坡稳定性变化规律。研究结果表明:通过抽排方式、疏放方式将露天矿山地下水疏干或疏降可有效降低地下水位,减少边坡岩土体含水率,提高边坡岩土体黏聚力和内摩擦角,减小坡体的静水压力和水平推力,整体提高边坡稳定性系数,但大量疏排地下水又造成水资源的浪费和污染;截水帷幕能够解决疏排降水造成的地下水位下降幅度太大、疏排水量巨大、水资源浪费和污染的问题;在截水帷幕作用下,露天矿截水帷幕外侧水位不断抬升,引起截水帷幕外侧边坡岩土体含水率增加、黏聚力和内摩擦角减小、坡体的静水压力和水平推力增大,而截水帷幕内侧边坡岩土体含水率减小、黏聚力和内摩擦角增大、坡体的静水压力和水平推力减小,从而引起露天矿边坡稳定性系数略有降低;通过截水帷幕可以控制露天矿边坡地下水位,进而保持边坡岩土体力学参数在合理范围,维持边坡稳定性系数在安全区间,实现露天矿地下水资源保护与边坡安全的平衡。

路堑边坡浅层塌滑的控制因素与生态防治措施——以双达公路边坡为例

有效掌握边坡浅层塌滑机制及其影响因素的主次关系是开展路堑边坡变形预测及塌滑治理的重要前提。为此,以阵雨条件下甘肃省双达高速某路堑边坡为研究对象,首先通过FLAC3D有限元软件平台编写FISH语言,实现饱和度、重度和土体抗剪强度之间的动态关联,然后求解不同降雨强度、坡比和降雨历时条件下路堑边坡的安全系数,并基于灰色关联理论确定路堑边坡浅层塌滑主要外界因素的主次关系,最后通过室内降雨试验和现场生态防护试验总结出路堑边坡浅层塌滑机制,提出浅层塌滑生态防治措施。研究表明:降雨过程中,路堑边坡破坏模式由深层整体滑动向浅层局部滑动演化,且随坡比的降低,浅层塌滑区域由路堑边坡的坡肩部位向坡脚部位演化;相比降雨强度和降雨历时,坡比对路堑边坡浅层塌滑影响性最大;降雨过程中,路堑边坡浅层土体累计冲蚀率随时间呈现出先降低后增加的趋势,设置拱骨架和降低坡比均能提高路堑边坡浅层土体的抗塌滑能力;相比HP-FGM和EFM防护材料,聚丙烯纤维土防护材料时效性最理想,路堑边坡浅层塌滑生态治理效果最好。

基于相关向量机-层次分析模型的路堑边坡治理效果评价研究——以绥大高速K26+800~K27+320段为例

为探究路堑边坡整体治理效果,通过现场实际监测获得了关于边坡土体变形情况、孔隙水压力变化情况、水位变化情况等数据,利用相关向量机(relevance vector machine,RVM)对各监测指标监测期后的变化趋势进行了预测,之后利用层次分析法(analytie hierarchy process,AHP)对各指标进行了权重赋值,形成一套基于RVM-AHP模型的路堑边坡治理效果评价模型并以绥大高速K26+800-K27+320处的路堑边坡验证了模型的可行性。结果表明,利用RVM-AHP模型所得评价结论与现场情况一致,边坡治理效果为“较优”,评价模型可靠性得到了验证。

基于FLAC3D的多级路堑高边坡桩锚支护效果研究——以云南某滑坡为例

为探明公路路堑高边坡桩锚支护机理,以云南邓家村某路堑边坡的滑坡处治为例展开了系统的研究。通过现场地质调查及多元数据分析,查明了滑坡工程地质条件及成因;采用FLAC3D数值模拟研究了无支护下高边坡的稳定性,对比分析了挡土墙和桩锚支护2种方案;以预应力为400 kN、桩间距为4 m、桩直径为1 m为基本方案,通过单因素分析法分析了路堑高边坡中桩锚参数对桩锚受力性能和边坡安全系数的影响规律。研究结果表明:挡土墙虽然可以有效阻止边坡底部的滑移,但其对坡体中部和上部的稳固效果不佳;桩锚支护结构对整个滑坡体都有一个良好的加固作用,桩的位移呈现“上部大而下部趋于0”的特点,其受到的剪力、弯矩存在多个极值点,并且大多数存在于滑动面上方;随着桩直径的增大或者桩间距的减小,边坡安全系数增加,而锚索预应力对安全系数的影响很小。

路堑边坡预应力桩锚组合支护结构的变形特性分析

以某公路路堑边坡预应力桩锚组合支护结构为研究对象,对预应力桩锚支护结构的变形特性进行全施工过程现场监测,获得了施工过程中桩顶侧向位移和桩后土体水平位移随时间和空间的变化规律。采用FLAC3D软件对边坡开挖过程中的支护结构变形进行计算分析,将计算结果与现场监测结果进行对比,对开挖过程中坡顶和坡底的土体竖向位移分布规律进行了研究。研究表明:预应力锚杆对桩顶水平位移和桩后土体水平位移有良好的控制作用,开挖过程中的土体水平位移呈现着坡顶与坡脚小、中间部分大的趋势,土体水平位移的增长主要发生在开挖的中期。开挖过程中的桩顶水平位移、深层土体水平位移、坡顶土体竖向位移及坡底土体竖向位移均在合理的范围内。预应力的大小会对桩锚支护结构的支护效果产生影响,设置适当的预应力可有效减小支护结构的变形。

基于离散元的岩质高边坡开挖支护数值模拟

为分析岩质路堑高边坡的开挖支护对边坡变形破坏及边坡稳定性的影响,利用离散元数值模拟与原位监测相结合的方法,对开挖适时支护与开挖未支护两种工况进行比较,评价了锚杆支护的效果。结果表明:边坡开挖引起的竖向位移主要集中于开挖面中部;在相同开挖条件下,经适时支护后,边坡开挖面临空向水平位移最大值减小2.50 cm,安全系数提高8.62%,处于基本稳定状态;数值模拟结果与原位监测数据基本吻合,说明离散单元法对于分析岩质边坡稳定性问题的适用性。

路堑高边坡工程施工技术及施工管理研究

公路工程具有建设周期长、建设工艺复杂的特点,尤其路堑高边坡工程的施工,极易受到外界因素和施工技术的影响。为了进一步加强路堑高边坡工程的施工管理工作和风险控制工作,论文研究了路堑高边坡工程施工管理的措施以及施工工艺,分析了路堑高边坡工程施工风险措施与应急预案的制定和应用。

基于FLAC^(3D)的路堑边坡稳定性分析

【目的】道路切割坡体、暴雨和车辆荷载等条件会对路堑边坡的稳定性造成极大的影响。本研究以辉县市上八里镇回龙村张沟边坡为例,根据边坡所处的环境特征,分析其在不同工况影响下的变形特征及稳定性,为边坡的防治提供依据。【方法】使用FLAC^(3D)软件对边坡进行数值模拟,研究边坡在天然和暴雨条件下的变形和稳定性,并调用FLAC^(3D)内置的Fish函数对路堑边坡坡前道路车辆产生的动荷载进行模拟,对动荷载下滑坡体内部的变形特征进行分析。【结果】(1)边坡在天然和暴雨情况下的稳定性系数分别为1.9和1.186;(2)坡前公路动荷载峰值由1×10^(5)N增加为1×10^(6)N时,坡脚处水平最大应变值增大13.4%,后缘水平最大应变值增大13.2%。【结论】暴雨降低了岩土体的强度,直接破坏了边坡的稳定性,坡前竖直方向动荷载增加了坡体水平方向剪切带的连续性,但其对坡体最大应变量造成的影响较小。

多分支水平井岩屑运移模型与实验研究

随着多分支水平井及复杂结构井钻井技术的不断发展,井眼清洁技术面临着新的困难和挑战。如何解决复杂地质条件与复杂井型条件下的岩屑床问题,对于判断与处理井下复杂情况是当前钻井工程面临的重要科学问题之一。通过岩屑颗粒受力分析建立了岩屑运移环空临界流速模型;基于室内可视化岩屑运移实验,探究了岩屑运移影响规律。结果表明:井斜角为36°时岩屑临界启动速度最大,携岩最为困难;模型预测结果与实验结果吻合度较好,且基于实例井的预测结果与现场作业情况一致,验证了所建模型的可靠性。该研究可为大位移大井斜井及水平井井眼清洁提供理论依据和技术支持。

北京市海淀区突发地质灾害时空分布规律、成因分析及防治对策

海淀区是为数不多的经济发达、人口众多且发育地质灾害的城市中心区。海淀区西北部山区地质条件复杂,发育地质灾害隐患点37处,灾害类型为崩塌(19处)、泥石流(9处)、不稳定斜坡(8处)、地面塌陷(1处)。故在野外调查分析的基础上,将海淀区地质灾害划分为3个风险区:分别为香山风险区、凤凰岭—阳台山风险区与普安店风险区,并分析总结了海淀区地质灾害隐患点的空间分布、灾害类型、规模、成因、威胁对象、工程治理状况、人类工程活动、发展趋势等。得出以下结论:1)海淀区70%的隐患点成因为人类工程活动。2)68%的隐患点已完成工程治理,未治理的隐患点大部分集中分布于森林防火道路沿线,少部分威胁对象已搬迁避让。3)不同的地层岩性发育不同类型的地质灾害,山区基岩出露区域主要发育岩质崩塌;山前冲洪积物堆积区域主要发育泥石流、不稳定斜坡及土质崩塌。

全风化花岗岩路堑边坡降雨侵蚀时空分布特征测试与评估

为了测试及评估全风化花岗岩路堑边坡降雨侵蚀时空分布特征,选取在建云南墨临高速公路某全风化花岗岩路堑边坡某段开展现场测试。首先结合三维激光扫描测试及电测量技术,获取边坡坡面形态特征参数及边坡电阻率剖面;然后引入高斯分布模型及分位数图示法实现边坡材料属性定义,通过电阻率差异映射边坡侵蚀状态。结果表明:边坡底部及坡中部(y=0~40 m)区域呈现大面积侵蚀特征,在各级边坡平台处则呈现多点集中高侵蚀特征,侵蚀影响深度达5 m左右;随着植被防护等措施的施加,大面积侵蚀特征变为多点集中侵蚀特征,评估结果与坡面形态信息具有较好的一致性。该研究成果对于该边坡降雨侵蚀灾害防治具有重要的实际意义,并对同类研究具有借鉴作用。