膨胀岩边坡长期稳定特性及治理方法研究

普通岩土边坡稳定性和滑坡治理问题的研究已相当成熟，但近年来出现了较多的膨胀岩边坡稳定性和滑坡治理问题，表现为采用传统的边坡治理方法难以奏效而使得这类边坡长期不稳定，其主要原因是膨胀岩具有显著的膨胀和流变特性。本课题将运用软岩力学中的膨胀理论和流变理论并通过室内岩石试验和模型试验，研究膨胀岩在膨胀和流变耦合作用下的变形和强度特性，并找出膨胀岩的长期强度；系统分析膨胀岩边坡变形和强度在时间顺序和空间位置的变化，找出膨胀岩边坡与普通岩土边坡不同的长期稳定特性，并分析用膨胀岩长期强度来评价边坡长期稳定性的科学性。在此研究基础上对现有相关规范中的稳定性计算模式进行修正且能实用，并对现有的膨胀岩边坡治理方法进行分析，结合现场试验最后提出适合膨胀岩边坡治理的勘查、设计及施工等若于方法和原则。

普通岩土边坡稳定性和滑坡治理问题的研究已相当成熟，但近年来出现了较多的膨胀岩边坡稳定性和滑坡治理问题，需要通过室内、现场试验及理论研究对膨胀岩边坡的长期稳定特性进行研究，在此基础上系统地提出膨胀岩边坡治理措施。本项目在五个方面进行了系统的研究，获得了一系列的研究成果。一、膨胀与蠕变的耦合试验研究中分别进行了单向压缩和剪切状态下的室内试验，获得的研究结论为单向压缩时初始含水量、进水方式及加载方式对蠕变有影响，膨胀岩耦合作用下的南宁泥岩长期强度为瞬时强度的40.9%，膨胀岩的长期强度大于膨胀力。在剪切状态下，蠕变与膨胀的耦合方式对膨胀岩长期强度影响显著，耦合越充分长期强度越低，并求出了法向应力与长期强度拟合关系式。二、通过膨胀岩边坡室内两块大尺寸原样进行的连续降雨和湿干循环模型试验可知，连续降雨模式下初期数次降雨对膨胀岩边坡变形影响最大，有明显的水平方向位移，后期变形很小且趋向稳定。湿干循环模式下边坡膨胀变形及深部岩体含水率降雨完成后一段时间才达到峰值，随循环次数及降雨量增大，边坡变形速率及变形量都明显增大，岩体裂隙不断发育，水分入渗深度增大但限于表面一定深度，对深部岩体影响较小。三、通过考虑雨水入渗软化的蠕变数值模拟分析发现，低含水率的膨胀岩边坡在蠕变作用下呈整体蠕变运动趋势，处于相对稳定状态；高含水率膨胀岩边坡在蠕变作用下易形成从坡脚至坡顶贯通的大剪应变增量带而产生局部加速滑动。膨胀岩边坡在降雨入渗时，会引起坡体内剪应力增大，随入渗深度增加而更容易从坡面附近发生剪切破坏，饱和层厚度对膨胀岩边坡稳定性影响大。四、通过研究后确定膨胀岩边坡的破坏模式为：对于顺层和切层边坡存在软弱结构面和土岩界面时，按折线形滑动面计算稳定性；对于均质土层、近水平层状及逆层状边坡按圆弧形滑动面计算稳定性。通过合理确定破坏模式、考虑暴雨工况及相应抗剪强度等改进方法，原有的计算方法仍可适用于膨胀岩边坡。通过现场试验结果的反算，给出了广西南宁盆地膨胀性泥岩地基反力系数m值。为了使用长期抗剪强度计算膨胀岩边坡的长期稳定性，研究给岀了平面滑动法和圆孤滑动法时长期抗剪强度条件下安全系数的折减系数解析公式。五、通过对膨胀岩土边坡治理方法的系统研究，完成了国内首部关于膨胀岩土边坡（滑坡）勘查、设计、施工及监测等技术规定的《膨胀岩土滑坡防治工程技术规范》（报批稿），这将对全国膨胀岩土滑坡的治理起到重要的作用。