【摘要】：隨著西部交通、經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,各類地質(zhì)災(zāi)害威脅著西部交通運(yùn)營(yíng)的安全,例如:崩塌、滑坡、泥石流、散粒體斜坡等。散粒體斜坡主要是由碎石、碎屑顆粒聚集在一起形成的邊坡,具有結(jié)構(gòu)松散、抗?jié)B性差、粘聚力低的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及穩(wěn)定性差的成災(zāi)特點(diǎn),失穩(wěn)后可對(duì)擋墻造成巨大的沖擊破壞,對(duì)交通安全、行人造成嚴(yán)重威脅。本文以新疆天山公路(G217)沿線的“獨(dú)山子—庫(kù)車”段為研究區(qū),對(duì)公路沿線發(fā)育的散粒體斜坡進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì),分析散粒體斜坡的發(fā)育分布特點(diǎn)和失穩(wěn)機(jī)理;在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上,采用物理模擬試驗(yàn)的方法研究擋墻受到散粒體沖擊后沖擊力變化特征;通過(guò)數(shù)值模擬的方法分析散粒體沖擊擋墻的動(dòng)力特性;最后對(duì)天山公路沿線的35處散粒體斜坡進(jìn)行擋墻易損性評(píng)價(jià)。通過(guò)以上研究,論文主要取得了以下成果:(1)對(duì)研究區(qū)發(fā)育的散粒體斜坡進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)得出:天山公路的散粒體斜坡主要分布于北天山區(qū)域k610~k655段,沿線發(fā)育35處典型散粒體斜坡,影響公路長(zhǎng)度約8.71公里,散粒體斜坡的分布主要與地形、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、坡向以及大氣氣候有關(guān),誘發(fā)其失穩(wěn)的主要因素為地震、風(fēng)載作用、降雨以及滾石的沖擊作用。(2)通過(guò)散粒體沖擊擋墻的物理模擬試驗(yàn)分析得出:散粒體的不同顆粒級(jí)配、啟動(dòng)高度、啟動(dòng)厚度、沖擊角度以及擋墻結(jié)構(gòu)對(duì)沖擊力、堆積高度均有顯著的影響:(1)散粒體粒徑越大,擋墻受到的沖擊力越大,在擋墻處堆積高度越高。(2)散粒體的啟動(dòng)高度增大,沖擊擋墻后的堆積高度呈線性增大,同時(shí)擋墻受到的沖擊力呈冪函數(shù)增大。(3)散粒體的啟動(dòng)厚度增大,擋墻受到的沖擊力呈冪函數(shù)增大,同時(shí)在擋墻前堆積高度呈線性增大。(4)散粒體對(duì)擋墻的沖擊角度增大,擋墻受到的沖擊力呈冪函數(shù)增大,同時(shí)堆積高度呈線性減小。(5)折線型擋墻受到的沖擊力明顯小于直線型擋墻,說(shuō)明沖擊力的大小與擋墻結(jié)構(gòu)有關(guān)。(6)從散粒體沖擊擋墻的運(yùn)動(dòng)過(guò)程發(fā)現(xiàn),沖擊過(guò)程中既有顆粒的摩擦運(yùn)動(dòng)又有碰撞運(yùn)動(dòng),兩種運(yùn)動(dòng)形式會(huì)相互轉(zhuǎn)化,對(duì)擋墻造成巨大的沖擊,開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)顆粒間接觸比較緊密,此時(shí)運(yùn)動(dòng)以顆粒與滑槽之間的摩擦運(yùn)動(dòng)為主;隨著顆粒繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng),前緣開(kāi)始撞擊擋墻,整個(gè)流體逐漸拉長(zhǎng),顆粒間接觸變得松散,流動(dòng)厚度逐漸減小,此時(shí)以顆粒間的碰撞運(yùn)動(dòng)為主;最后受到擋墻阻擋,顆粒間接觸又變得緊湊,碰撞運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)為摩擦運(yùn)動(dòng),最終在擋墻前靜止堆積。(3)通過(guò)數(shù)值模擬研究散粒體沖擊擋墻的動(dòng)力特性發(fā)現(xiàn):散粒體沖擊擋墻是一個(gè)連續(xù)沖擊的過(guò)程,擋墻不同高度處受到的沖擊力隨時(shí)間均呈非線性變化,高度越大受到的沖擊力越小。折線型擋墻能夠?qū)㈩w粒向兩端分流,增加顆粒間的碰撞頻率,造成能量損失,因此折線型擋墻受到的沖擊力比直線型擋墻小。顆粒形狀對(duì)沖擊力有一定影響,當(dāng)坡度較小時(shí),沖擊力隨著圓形度的增大而增大;隨著坡度增大,顆粒形狀對(duì)沖擊力的影響性減小。研究還發(fā)現(xiàn)坡度越大時(shí),散粒體對(duì)擋墻造成的沖擊力非線性變化越明顯,這種變化和土拱作用有關(guān):當(dāng)斜坡坡度比較小時(shí),顆粒與滑槽之間形成小沖擊拱,此時(shí)擋墻受到的沖擊力比較小;當(dāng)斜坡坡度比較大時(shí),顆粒與擋墻之間形成大沖擊拱,此時(shí)擋墻受到的沖擊力比較大。(4)通過(guò)三維激光掃描儀對(duì)天山公路k628+500斜坡進(jìn)行掃描,通過(guò)三期掃描數(shù)據(jù)計(jì)算其年平均產(chǎn)屑率,從該斜坡2015年9月和2016年9月地形線變化可知斜坡后緣的損失厚度可達(dá)1.12m;根據(jù)年平均產(chǎn)屑率建立該斜坡的數(shù)值計(jì)算模型,發(fā)現(xiàn)邊坡上部巖體經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的風(fēng)化產(chǎn)生的碎石會(huì)不斷滾落沖擊擋墻,通過(guò)模擬散粒體沖擊擋墻的傾覆破壞過(guò)程可以看出,散粒體對(duì)擋墻的沖擊首先是在擋墻后方不斷堆積,堆積高度會(huì)越來(lái)越高,甚至能越過(guò)擋墻滾落至公路,此時(shí)沖擊力對(duì)擋墻的傾覆作用非常明顯;擋墻傾覆后,散粒體斜坡坡腳開(kāi)始發(fā)生滑動(dòng),隨后上部顆粒會(huì)帶動(dòng)下部顆粒一起向前潰滑,掩埋公路。(5)對(duì)新疆天山公路沿線發(fā)育的散粒體斜坡進(jìn)行擋墻易損性評(píng)價(jià),首先根據(jù)路基規(guī)范計(jì)算出散粒體對(duì)下方擋墻的沖擊力:(?),然后計(jì)算沖擊力對(duì)擋墻的傾覆力矩:M_f=Fcosβ×h,再按照擋墻抗傾覆計(jì)算原理,計(jì)算擋墻的抗傾覆力矩:M_d≤Gx+Fbsinβ,最后按照易損性量化評(píng)估方法建立擋墻易損性評(píng)價(jià)模型:(?),并計(jì)算出擋墻易損性量化值,以此區(qū)分擋墻易損性高低。從結(jié)果中可以看出,新疆天山公路沿線的擋墻處于高易損性以上比較少,大部分處在中等易損狀態(tài),且分布在北天山地區(qū)的k610~k655段。
【圖文】：

第 1 章 緒論1.1 選題依據(jù)及研究意義1.1.1 選題依據(jù)我國(guó)是個(gè)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，，山區(qū)人口是總?cè)丝诘?1/2，因此這些地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重威脅著山區(qū)人口的生命財(cái)產(chǎn)安全。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的推進(jìn)和大力發(fā)展西部地區(qū)方針的實(shí)施，山區(qū)的道路交通建設(shè)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期，由于山區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性和氣候的惡劣性，公路沿線的地質(zhì)災(zāi)害十分發(fā)育，使得公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)受到巨大威脅。如圖 1-1 是研究區(qū)公路位置圖，散粒體斜坡就是新疆天山公路（G217）“獨(dú)山子—庫(kù)車”段發(fā)育的一種典型的地質(zhì)災(zāi)害（見(jiàn)圖 1-2）。天山公路沿線全年受季風(fēng)氣候影響，高位巖體在凍融、物理風(fēng)化作用下發(fā)生碎裂垮塌，掉落的碎石、碎屑，運(yùn)移至坡腳堆積形成散粒體斜坡，它的主要特點(diǎn)是碎石和碎屑中細(xì)顆粒含量很少，幾乎不含有粘結(jié)力，完全通過(guò)顆粒間的摩擦維持穩(wěn)定

圖 1-2 天山公路散粒體斜坡失穩(wěn)災(zāi)害斜坡散粒體沖擊災(zāi)害是指坡體碎石或者巖屑在自重、地震等外荷載的作用下極高的速度沖擊下方擋墻，造成擋墻位移、變形、破壞的現(xiàn)象（見(jiàn)圖 1-2）。粒體斜坡與滑坡失穩(wěn)機(jī)理不同，滑坡失穩(wěn)是沿滑動(dòng)面的整體運(yùn)動(dòng)，而散粒體斜的失穩(wěn)是以碎石滾落為主的局部運(yùn)動(dòng)，散粒體斜坡失穩(wěn)后會(huì)對(duì)下方公路、車輛成巨大的威脅（見(jiàn)圖 1-3），目前對(duì)散粒體斜坡的主要防護(hù)措施是在坡腳修建墻，因此從工程應(yīng)用來(lái)說(shuō)，對(duì)散粒體沖擊擋墻的動(dòng)力特性及擋墻易損性研究是常有必要的。研究區(qū)位于新疆天山地區(qū)，該地區(qū)面積遼闊，天山公路（G217）是一條連南北疆的重要交通要道，北起獨(dú)山子南至庫(kù)車，更為重要的是其在軍事上的戰(zhàn)意義。天山公路橫跨整個(gè)天山山脈，沿線散粒體斜坡十分發(fā)育，近年來(lái)，散粒斜坡的失穩(wěn)破壞引起了廣泛的關(guān)注。2008 年對(duì)公路進(jìn)行了重新修建，由于修時(shí)對(duì)斜坡的不合理開(kāi)挖，并且破壞了坡表植被，所以造成了很多新的地質(zhì)災(zāi)害題，使得該公路的正常運(yùn)行存在很多隱患，因此對(duì)天山公路沿線發(fā)育的散粒體坡進(jìn)行詳查是必要的。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U418.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2630678