基于立体监测的公路滑坡变形机理与工程防治研究 ——以贵州省余凯高速公路滑坡为例

论文摘要

公路建设在国民经济的发展中占有及其重要的作用,在山地丘陵地区,修建公路不可避免地要对原始边坡进行开挖,开挖后的边坡在诱发因素的作用下极易形成公路滑坡地质灾害。鉴于此,针对公路滑坡开展立体密集多点变形监测,基于监测数据进行公路滑坡变形机理与工程防治研究具有十分重要的现实意义和工程应用价值。本文以贵州省余凯高速公路滑坡为典型工程案例,通过详细的现场地质调查和原位变形监测,构建滑坡空间地质模型,建立了滑坡立体密集多点监测系统,运用大地测量方法对滑坡空间变形开展长期监测。结合勘察资料和监测数据,开展该公路滑坡时空演化过程分析,通过因子分析和回归分析揭示了该公路滑坡变形机理。基于监测信息开展滑坡防治工程信息化施工与抗滑桩优化设计,提出了一种改进的抗滑桩平面布设优化设计方法。主要研究成果如下:（1）在现场详细调查的基础上,构建滑坡空间地质模型,通过立体多点监测系统开展长期滑坡变形监测数据,具体分析滑坡的时空演化过程。累积地表位移和位移速率随时间的变化曲线均具有明显的阶跃型特征,将滑坡变形过程分为三个阶段:初始变形阶段、急剧变形阶段和渐趋稳定阶段。开挖成型后的边坡暴露出大量临空面,受工程开挖和降雨的影响,发生蠕动变形。雨季到来之后,在强降雨的影响下,滑体发生较大的滑动,局部形成明显的滑带。监测结果显示,在防治工程施工期间,会对已经渐趋稳定的滑坡体造成扰动,有微小位移产生,故有必要开展持续的监测。地表位移监测结果表明,各监测点位移方向有明显的集中趋势,监测期间最终状态下滑坡主滑方向约SW207°。（2）根据钻孔揭露的地层情况和监测数据综合确定滑带位置。根据现场调查揭露的岩层产状、钻孔揭露的软弱夹层分布及深部变形监测数据,分析可能的滑带分布为:后缘沿拉张节理发育为主,中段滑动面沿风化界线、软弱夹层、岩层面发育为主;滑坡体前缘位移较小,没有明显的滑带贯穿,但前缘组成松散粉质粘土和碎石堆积体,抗滑力较小,不能平衡下滑力,潜在滑面沿层面发育为主并向阻抗最薄弱的部位剪出。（3）该公路滑坡的三个主要影响因素分别为工程开挖、降雨和不良地质因素。运用因子分析法和回归分析法对降雨因子和工程开挖因子开展定量评价,研究表明工程开挖和降雨是该滑坡形成的主要外在诱发因素。降雨是该滑坡最主要的影响因素,因子分析结果显示前一个月降雨量对滑坡当月变形量的影响要比当月降雨量的影响大。滑坡体主要由泥岩组成,强风化岩层、软弱夹层和断层破碎带广泛存在,不良地质条件是滑坡发育的物质基础。回归分析结果表明,滑坡体地表位移量与工程开挖距离之间具有明显的线性关系,滑坡体后缘变形量明显大于坡脚。经快速傅里叶变换（FFT）运算为期25个月的滑坡地表位移数据得到趋势项位移和具有波动性的周期项位移,运用时间序列模型开展变形预测,揭示滑坡变形趋势基本趋于稳定。通过残差序列求得的预测误差分布在-2%3%以内,总体来说预测结果较好。（4）根据滑坡稳定性评价结果,开展工程防治方案初步设计。基于详细的滑坡勘察资料和监测数据反馈的滑坡不同演化阶段体现的时空变形特征,来指导滑坡防治工程信息化施工,先后采用了削方、挡土墙、锚索格构梁、排水工程和抗滑桩的综合防治方案。对防治效果进行跟踪评价,结果表明采取的工程防治措施有效的控制该公路滑坡的变形。提出了一种基于改进的非规则滑坡推力计算方法的抗滑桩平面布设优化设计方案,结果表明,与传统的抗滑桩平面布置方案相比,在保证安全的前提下,优化后的方案可使所需抗滑桩的数量减少28.6%。通过监测数据和理论计算的对比,验证了该非规则滑坡推力计算方法的适用性。

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作者简历

摘要

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第一章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 主要创新点

1.3.3 研究技术路线

第二章余凯高速公路滑坡工程概况

2.1 工程概况

2.2 工程地质条件

2.3 滑坡基本特征

2.3.1 滑坡形态特征

2.3.2 滑坡结构特征

2.4 本章小结

第三章余凯高速公路滑坡时空演化过程分析

3.1 立体密集多点变形监测系统建立

3.1.1 变形监测系统建立

3.1.2 监测内容与监测目的

3.2 地表位移监测结果

3.2.1 地表位移速率

3.2.2 地表水平位移

3.2.3 地表垂直位移

3.2.4 地表位移方向

3.3 深部位移监测结果

3.3.1 滑带的判别

3.3.2 深部位移变形特征

3.4 滑坡时空演化过程与演化模式分析

3.5 本章小结

第四章基于监测信息的余凯高速公路滑坡变形机理研究

4.1 基本理论

4.1.1 因子分析

4.1.2 相关分析和回归分析

4.2 余凯高速公路滑坡变形机理研究

4.2.1 滑坡形成的外在诱发因素—降雨

4.2.2 滑坡形成的外在诱发因素—工程开挖

4.2.3 滑坡发育的内在因素—不良地质条件

4.2.4 余凯高速公路滑坡变形机理

4.3 FFT滤波与时间序列的滑坡变形预测

4.3.1 快速傅里叶变换（FFT）与滤波

4.3.2 时间序列模型

4.3.3 滑坡变形预测

4.4 本章小结

第五章防治工程信息化施工与抗滑桩优化设计

5.1 滑坡稳定性评价

5.2 防治工程信息化施工与效果评价

5.2.1 滑坡防治工程信息化施工

5.2.2 基于监测信息的防治效果评价

5.3 抗滑桩平面布设优化设计研究

5.3.1 基本理论

5.3.2 抗滑桩平面布设优化设计

5.3.3 理论计算和实测数据对比

5.4 本章小结

第六章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘文强

导师: 李长冬,李群

关键词: 公路滑坡,立体多点变形监测,变形机理,信息化施工,优化设计

来源: 中国地质大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,公路与水路运输

单位: 中国地质大学

分类号: P642.22;U418.55

DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000007

总页数: 89

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