道路与铁道工程硕士论文-碎裂岩质高边坡现场监测与稳定性评价.doc
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1、 中 图 分 类 号: 西西 南南 交交 通通 大大 学学 研研 究究 生生 学学 位位 论论 文文 碎裂岩质高边坡 现场监测与稳定性评价 年 级 2004 级 姓 名 申请学位级别 工 学 硕 士 专 业 道路与铁道工程 指 导 教 师 二七年五月 Classified Index: U.D.C Southwest Jiaotong University Master Degree Thesis FIELD MONITORING AND STABILITY ANALYSIS FOR REINFORCING ROCK HIGH- SLOPE OF RODE BASE Class: Civil
2、Engineering 2004 Candidate: Yan zhen Academic Degree Applied for: Master of Engineering Major: Road and Railway Engineering Supervisor: Prof. Lu Yang May,2007 西南交通大学硕士 研究生学位论文 第 I 页 摘 要 路堑高边坡的施工,是一个破坏山体原有力学平衡而又用支护工程重建 力学平衡的过程。路堑边坡的开挖必然导致坡体内部应力场的重分布,产生 变形;对此必须采取适当的工程措施,确保边坡的变形收敛、整体稳定。但 是,鉴于边坡地质情况的复杂性
3、、施工过程影响因素的不确定性以及对路堑 边坡的地质勘探水准的限制,对边坡的变形稳定事先准确预测还存在很大困 难。因此,通过重要边坡的现场监测,可以为指导设计施工提供重要的基础 数据,确保路堑高边坡安全。另一方面,通过现场监测可以了解边坡的状态 改变及发展趋势,以检验支护工程效果,为类似工程的设计提供参考借鉴。 论文结合四川省交通厅计划科研项目“深挖岩质边坡稳定性分析及支挡 防护方法研究”(项目编号:99003),以西攀高速公路 K132472565 高 边坡为依托工点,开展岩质边坡现场监测及施工期稳定性评价。为以后同类 边坡工程的稳定性评价和处理,提供了理论研究和实际参考价值。本论文主 要研究
4、工作如下: (1)在收集有关工程地质和水文地质资料的基础上,根据实际工程地质 条件对边坡的潜在破坏模式进行了初步分析。并对该边坡的岩石进行常规及 三轴试验,结合野外工程岩体结构特点及相关经验性资料,以获得边坡稳定 性评价的岩石力学参数。 (2)针对碎裂岩质边坡施工期的特点,结合 K132 高边坡监测方案的设计 与实施,对碎裂岩质边坡动态监测过程进行了探讨。认为,边坡动态监测综 合考虑了边坡施工过程中多种因素的相互影响,能较全面地把握边坡的内部 变形及坡体应力变化情况,为边坡稳定性判断提供更多更可靠的信息。监测 应用表明:该设计方法全面、可靠,较好地满足了高边坡的动态监测要求。 (3)讨论了安全
5、监测在边坡工程中的重要性,对 K132 高边坡所取得的监 测资料进行了详细的分析,分析了边坡施工期的变形特征,并与所计算的稳 定性和变形量等成果进行了对比。在对测斜数据的处理过程中,为了提高边 坡稳定性评价的准确性,将小波分析应用在边坡水平位移监测曲线的降噪中, 选用小波阈值法对西攀高速公路 K132 高边坡监测数据进行降噪,结果证明 有效。 西南交通大学硕士 研究生学位论文 第 II 页 (4)为配合 K132 高边坡的信息化施工,确立了分阶段实施陡坡路基挖方 工程边坡原位支护结构的应力和变形状态监测方案。监测结果表明,施工第 一阶段,认为边坡岩体整体较稳定,但断层及断层破碎带岩体极为破碎,
6、浅 层稳定性差,适当放缓了边坡开挖坡比,并将第四、五级边坡锚杆长度减短。 第二阶段,通过开挖所揭示的岩层产状及钻孔取样获取的信息,综合深部位 移监测数据分析,确定本阶段两级边坡防护设计按原方案正常施工。第三阶 段,综合监测数据及一级坡面开挖揭示的工程地质条件,将一级边坡原设计 预应力锚索桩改为框架锚索。达到了保证工程安全、降低施工难度、保证工 程措施经济合理的目的。 关键词:关键词:岩质边坡;现场监测;小波降噪;信息化施工;稳定性评价 西南交通大学硕士 研究生学位论文 第 III 页 Abstract Execution for high-slope of rode cutting is a
7、process which inhere mechanical equilibrium is broken and new equilibrium is reconstructed by supporting. Force field will redistribution and distortion will accrue if excavation be adopted. Some engineering measures must be adopted in order to insure slope stability. It is difficult to forecast slo
8、pe distortion accurately because complexity of geology, uncertainty of affecting factor of construction work and limit of geological exploration capability. So field monitoring is very important. On one hand, some basic data can be offered which can guide design and execution. On the other hand we c
9、an kNow state of high slope and trend of distortion. The complexity of the slope makes it difficult to predict the behavior of the slope. In order to solve this problem, a method that the slop is designed assistant by information and monitor is been inducted. The excavation stability and reinforceme
10、nt effects of the slope at K132 of Xichang-Panzhihua highway were systematically and profoundly studied. The main study includes four parts as below: (1) Based on the site survey, topographical condition and geologic information achieved before excavation of the rock high-slope. To analyze the failu
11、re model of plant back slope by collecting the relevant engineering and hydrologic geology condition; Continuity model of engineering rock masses is built. The schematization method of the continuity of engineering rock mass is reported. At mountain areas the natural slope failure often occur after
12、construction of highways. Conventional tests and clay tests from a sample illustration were conducted which combine the field features of engineering rock and some experimental data in order to obtain the computation parameters for slope stability analysis. The calculation results are provided for n
13、onlinear finite elements (FEM) for analysis of excavated slope. The results showed that it is effective and reasonable way to determine parameters of engineering rock masses. (2) In allusion to feature of construction period for K132 cataclasite slope, some discuss have made on dynamic monitoring pr
14、ocess. It is believed that by dynamic monitoring that diversified factors be considered and more credibility information be offered. We can grasp distortion and stress of slope roundly. The result shows that the design of monitor is comprehensive and credibility. (3) Significance of field monitor on
15、 slope has been discussed. Detailed analysis on all information of monitoring have been made in order to predict the behavior of the slope and estimate the excavation stability. Undulation in displacement monitoring curve of slope both reflect abrupt changes which nature and manpower bring about and
16、 reflect influence of ambient noise. Its important to eliminating the noise of slopes displacement monitoring for improve veracity of slope stability evaluation. There are abroad applications in eliminating noise of signal. In this paper, wavelet analysis is used to study the methods for eliminating
17、 the noise of 西南交通大学硕士 研究生学位论文 第 IV 页 slopes displacement monitoring dates. The nonlinear wavelet threshold is used for eliminating noise of displacement monitoring dates in Xi-Pan highway K132 slope. The results show this method is effective. (4) Construct with monitoring data is a scientific metho
18、d. Grading executing, grading choosing all kinds of information and grading perfect designs were adopted in supporting works. With reference to monitoring data, adjust supporting engineering measures timely. To discuss the arrangement principle of safety monitoring instruments in engineering slopes,
19、 analyze the deformation data acquired by the monitoring instruments, study the stability of slope during digging and the actual deformation characters of slope and make a contrast with the results acquired by monitoring data. Key Words: rock slope; field monitoring; noise reduction by wavelet; cons
20、tructing with monitoring data; stability evaluation 西南交通大学硕士 研究生学位论文 第 V 页 目 录 第一章第一章 绪论绪论1 1.1 研究背景与意义1 1.2 国内外应用概况2 1.2.1 边坡处治技术及稳定性研究概况2 1.2.2 道路工程现场监测工作的发展及应用概况4 1.3 本文研究的主要内容7 第二章第二章 边坡概况及岩石物理力学试验边坡概况及岩石物理力学试验9 2.1 现场地质情况9 2.1.1 地形地貌9 2.1.2 地层岩性.10 2.1.3 地质构造及地震.11 2.1.4 水文地质条件12 2.2 岩石力学试验及物理力
21、学性质分析.13 2.2.1 试验岩样描述13 2.2.1 试验目的及试验概况17 2.2.2 岩石单轴抗压强度试验20 2.2.3 岩石三轴压缩强度试验.22 2.3 边坡工程开挖及支护设计.28 第第 3 章章 边坡现场监测系统设计边坡现场监测系统设计30 3.1 监测系统设计概述30 3.2 监测变量的选择.36 3.3 监测仪器的安装.36 3.3.1 监测仪器的选择.36 3.3.2 现场监测仪器的布置.40 西南交通大学硕士 研究生学位论文 第 VI 页 3.3.3 监测仪器的安装.40 第四章第四章 监测数据处理与分析监测数据处理与分析.45 4.1 数据的采集.45 4.2 测
22、斜监测数据分析.46 4.2.1 坡体水平位移分析.46 4.2.2 测斜监测误差分析53 4.2.3 锚杆应力监测与分析.59 4.2.4 锚索应力监测及分析.75 4.2.5 混凝土应变计与剪力筋监测数据分析.78 4.3 K132 高边坡工程现场监测小结81 第五章第五章 深挖碎裂岩质边坡的信息化施工深挖碎裂岩质边坡的信息化施工.83 5.1 边坡信息化施工概述83 5.2 K132 高边坡信息化施工方案设计83 5.2.1 信息化施工阶段的划分83 5.2.2 信息化施工监测技术措施84 5.2.3 防护措施的优化完善85 5.3 K132 高边坡信息化施工实施效果分析86 结结 论论
23、.89 致致 谢谢.92 参考文献参考文献93 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目97 发表论文97 参加的科研项目97 西南交通大学硕士研究生学位论文 第 1 页 第一章 绪论 1.1 研究背景与意义 随着我国经济的快速发展和西部大开发战略的深入推进,国民对交通运 输的需求在质和量上都有迅猛的提升,这一状况推动了我国高等级公路建设 的新浪潮。据统计1到 2005 年底,全国交通运输线路中,铁路里程达到 7.5 万公里,公路里程达到 193 万公里,并且这个发展速度越来越快。在国 家规划重点建设的公路骨干网和各地政府支持建设的公路中,越来越多的
24、公 路所处的地质环境逐渐劣化,许多公路建设将穿过山区和丘陵地带,而这些 地带众多的地质问题将给公路建设带来很大的困难,同时也提出了一些新的 岩土工程课题,深挖路堑岩质边坡的稳定性问题即为其中之一。 重点工程中的岩质高边坡的失稳一般都会产生严重的后果,国内外边坡 发生破坏的事故也很频繁2:1903 年阿尔伯达州的龟山发生了大滑坡,造成 70 余人的伤亡,淹没铁路长达 2300 米;1963 年意大利的瓦若依昂拱坝左岸 的岩质边坡发生破坏,约 2.3 亿 M3的岩石沿斜坡滑动,造成了 2600 多人死 亡的重大事故;1985 年 6 月 12 日在三峡工程坝址上游的的新滩小镇,在大 规模的山体滑坡
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