[01294256]降雨条件下软岩边坡稳定性控制技术

一、项目背景 软质岩石在浸水条件下具有膨胀性（吸水后体积增大）、崩解性（吸水后完整岩体解体）以及软化性（饱水状态下强度降低）。公路软岩边坡在开挖后,由于软质岩石的赋存环境发生变化,揭露出的软质岩石在雨水浸泡作用下,产生软化和崩解,岩石强度和抗变形能力迅速降低,临空面下的软质岩石在开挖卸荷作用下产生过大变形,导致边坡发生浅层至深层的失稳破坏,危及工程安全建设与运行。长期以来,软岩路堑边坡的稳定性评价与处治措施是工程界难度较大的基础性问题之一。近年来,在岩体损伤力学,流变学、考虑时空效应的三维动态分析方法及岩土体渗流理论等方面已取得了一些研究成果,但结合地形、地貌、气象、水文、地下水环境条件,在软岩路堑边坡稳定性动态分析与处治措施系统化研究方面仍较少见。针对不良地质条件,结合工程建设需求,通过系统开展极端雨水（久雨、暴雨）条件下高陡软岩边坡稳定性与控制技术研究,对解决软岩高陡边坡工程的实际问题具有重要意义。 二、技术原理 通过采用理论分析、现场调查、室内试验相结合的方法,开展极端雨水情况下软岩高边坡失稳机理和稳定性研究。在现场勘测研究基础上,研究典型软岩高边坡地段的工程地质环境;进行岩土体力学试验,研究边坡岩土体的力学参数;建立边坡工程地质力学模型,研究下伏软岩高边坡变形破坏机理;进行极端雨水条件下软岩高陡边坡稳定性评价方法研究,根据稳定性研究成果提出软岩高边坡的合理加固措施。 （1）开展软岩边坡现场调查和室内试验工作,应用岩石和土工三轴仪等仪器研究岩土体的物理力学参数,为软岩高边坡变形机理分析和稳定性研究提供合理、可靠的基础资料;利用室内渗透仪及现场渗透试验,研究软岩边坡岩土体的渗透特性; （2）研究软岩边坡稳定性的影响因素、失稳形式及破坏模式,建立相应的边坡地质力学模型,分析地下水和地表水对软岩边坡稳定性的影响; （3）应用数值分析方法研究极端雨水情况下软岩边坡非稳定渗流场的分布特点,结合边坡饱水状态下的物理力学特性,研究软岩边坡覆盖层的厚度及种类对边坡稳定性的影响; （4）建立软岩高陡边坡外面有岩土覆盖层及无岩土覆盖层两种不同形式下的边坡数值分析模型,采用FALC3D分析边坡在施工期及运营期的稳定性; （5）结合典型边坡实际地质情况,进行极端雨水情况下的软岩边坡加固技术研究。 三、创新性 （1）提出了一种极端雨水条件下软岩边坡渗流分析方法。采用饱和非饱和渗流分析方法,研究了极端雨水条件下软岩边坡降雨入渗过程中边坡暂态饱和区的发展变化过程,揭示了降雨条件下边坡地下水位升降机理,分析了边坡地下水位变化规律和长期及短期降雨条件下软岩边坡地下水位分布差异性,提出了短期降雨对软岩边坡深埋地下水位影响较小,长期降雨对软岩边坡中的地下水位有重大影响,边坡坡脚部位地下水上升幅度大,而坡顶对应的地下水位上升幅度较小。 （2）揭示了极端雨水情况下软岩高陡边坡失稳机理。通过分析岩石的长期浸水软化和循环软化实验成果,总结了基于时间和含水率双变量的岩石非饱和软化过程的数学描述方法;结合极端雨水条件下边坡饱和非饱和渗流过程的研究,提出了极端雨水条件下考虑软岩软化规律影响的软岩边坡瞬时稳定性的分析方法,揭示了降雨条件下软岩边坡失稳破坏演化过程及破坏机理。 （3）研发了极端雨水情况下软岩边坡的加固技术。提出了软岩边坡治理的三大基本原则：防排水综合措施相结合原则、实施有效的坡体内部排水措施、强化软岩边坡坡脚岩体加固措施;提出了坡体布置短而疏的排水管,坡脚加密加长排水管的新型排水设计理念,开发了适合于软岩边坡排水的新型排水管。 四、应用前景 湖南境内多年平均降水量在1200-1700毫米之间,雨量充沛。由于雨季极为集中、持续时间长,暴雨、冰雪等极端天气频发,致使软岩高陡边坡稳定性问题突出。通过探究高陡软岩边坡工程特性,有针对性地开展高陡软岩边坡处治技术研究,全面系统地开展极端雨水条件下高陡软岩边坡稳定性的计算方法及影响因素敏感性分析,提出适用于高陡软岩边坡稳定性评价方法和技术,充分根据现场路段水文地质情况,选择合适的高陡软岩边坡处治方法以降低工程造价,提高施工进度,建立高陡软岩边坡处治的质量监控体系,具有重要的经济价值和实践意义。