基于软弱夹层变形特性的缓倾顺层红砂岩边坡稳定性预测方法研究

边坡稳定性预测一直是岩土工程界的一个重要研究课题，本研究项目从边坡介质和破坏模式两方面着手，试图建立某一类边坡的统一的位移判距，为边坡稳定性预测提供一个新的思路。针对西部山区高速公路建设过程中遇到的缓倾顺层红砂岩边坡的稳定性问题，通过缓倾顺层红砂岩边坡稳定性主控因素软弱夹层在水－力耦合作用下的物理特性（崩解性、膨胀性和软化性）试验、力学试验（现场和室内剪切实验及蠕变试验），研究水－力耦合作用下软弱夹层的应力应变关系，并结合边坡现场破坏试验和数值模拟结果，建立基于软弱夹层变形特性的缓倾顺层红砂岩边坡的稳定性判据，分析水－力耦合作用下缓倾顺层红砂岩边坡的破坏机理，利用非线性科学理论结合人工智能技术，建立边坡位移预测模型，根据位移判据，实现缓倾顺层红砂岩边坡稳定性的预测。其研究成果对于边坡稳定性预测具有重要的理论基础意义，同时也具有广泛的实际工程应用前景。

课题主要以湖北沪蓉西高速公路工程和湖北宜巴高速公路工程为依托，以依托工程中遇到的大量的巴东组缓倾顺层红砂岩边坡为研究对象，针对影响巴东组缓倾顺层红砂岩边坡变形失稳破坏的关键因素－软弱夹层开展研究，通过一系列的室内外物理力学试验和现场试验，对巴东组缓倾顺层红砂岩边坡中的软弱夹层的物理力学特性进行了深入研究，在综合分析实验结果的基础上，运用FLAC3D、ABAQUS等数值模拟软件对巴东组缓倾顺层红砂岩进行了数值分析，在此基础上，揭示了巴东组缓倾顺层红砂岩边坡的变形失稳机理和破坏模式，建立了考虑水-力耦合效应的巴东组缓倾顺层红砂岩边坡稳定性分析的评价方法。采用相空间重构理论和智能微粒群算法，依据现场监测数据，建立了一种新的边坡位移预测模型，能有效预测未来时间边坡位移，并提出了边坡加速变形第三阶段的失稳时间预报模型，实现了巴东组缓倾顺层红砂岩边坡稳定性预测预报。研究成果不仅为巴东组红砂岩边坡稳定性分析和优化设计提供了理论依据，同时亦具有广泛的实际工程应用前景，对于类似具有软弱夹层的边坡也具有很好的参考意义。