土木工程本科毕业设计1花山岩画参观平台边坡稳定性分析.docx

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土木工程本科毕业设计1花山岩画参观平台边坡稳定性分析

花山岩画参观平台边坡稳定性分析

第一张绪论

1.1选题依据及研究意义

花山岩画，座落于广西宁明县西北部的明江东岸（右岸）。

1988年，国务院批准其为国家级重点文物保护单位。

花山岩画图案反映了从战国到汉代壮族人民的社会、经济、文化、艺术等方面的内容，是我国乃至世界迄今发现的最大一处岩画，因而在我国岩画艺术中占有重要的地位。

花山岩画作为我国南方岩画最著名的代表，具有重大的历史、艺术和科学价值。

但是，由于花山岩画崖壁受构造运动和河水切割侵蚀的共同作用，其中上部已呈负坡，山顶部最大反倾超出坡脚约30米。

岩画正面下方岩体崩塌堆积物平台，受河水冲刷侵蚀和自身崩塌影响，表面呈高低起伏（相对高差约为2～4m）、宽窄不一（平台外边线凹凸不齐距离岩壁约为5m～12m）、极不平整状。

由于明江河水常年冲涮淘蚀平台基础，在洪水季节愈发加剧，平台基础不断被淘刷，造成崖体下部岩体支撑力减弱或应力集中，新的卸荷裂隙不断的形成发育，临空面岩体逐渐坍塌或剥落，特别是在2008年9月22日发生的超大洪水中花山平台基础出现多处岩体整体滑移产生裂缝，缝宽10～80cm,这严重威胁到岩画所附载体的稳定和平台基础的稳定。

因此，拟以“花山岩画参观平台边坡稳定性分析”为题进行学士士学位论文研究。

该边坡类型在我国西南地区具有明显的典型性，对它的研究不仅能够使花山岩画继续发挥巨大的旅游效益和历史文化价值，而且还可以为堆积体边坡地下渗流、失稳危害分析及处理方案综合比选研究等提供依据。

1.2国内外研究现状

边坡稳定性分析研究约有一个多世纪的历史，最早由英国学者赖尔（Laier，1833）在所著《地质学原理》一书中提及，尔后凡是涉及地质问题的工程学科，几乎都涉及到边坡稳定性分析。

边坡稳定性分析由土质边坡开始，由法国工程师库伦首次介绍圆弧形滑动面。

后来，出现了瑞典法、Bishop法、Morgenstern--Price法、Spencer法、Janbu法、Sarma法等。

我国对边坡稳定性问题进行广泛研究，始于20世纪中叶，主要与经济发展和工程建设息息相关。

目前，边坡稳定性分析虽然方法很多，但归结起来主要有以下六类：

地质分析法、经验类比法、结构分析法、极限平衡分析法、数值分析法及概率分析法等。

随着滑坡研究工作的不断发展与推进，分析方法日趋多样，除上述分析方法外，各种不确定性、随机性分析评价方法也蓬勃发展起来，如神经网络、模糊数学、遗传算法、灰色理论、敏感性分析等[4，18]。

1.3研究内容及技术路线

1.3.1研究内容

本课题结合国内外对堆积层边坡的研究成果和工程实践经验，以画山岩画参观平台边坡为例，对形成平台边坡的工程地质条件、边坡稳定性及发展演化趋势进行分析研究。

具体上，采用了极限平衡法和数值模拟等两种方法分析了边坡的稳定性，并结合实际提出了对平台边坡治理的建议。

1.3.2技术路线

区域环境地质分析

边坡稳定性定性分析

场地工程地质分析

边坡发展演化趋势

边坡稳定性定量分析

边坡变形破坏特征

边坡稳定性综合评价

结论及建议

极限平衡法

数值模拟法

图1-1技术路线图

第二章区域环境地质

广西地处滨太平洋与特提斯—喜马拉雅两大构造域的复合部位/华南加里东褶皱的西南端。

西北部与扬子准地台在早古生代具有过度性质。

加里东运动后，由地槽转化为地台，并与扬子准地台连成一体。

自晚三叠纪以来，成为滨太平洋大陆边缘活动带的组成部分。

研究区位于南丹、宾阳、上思一线以西，属右江再生地槽区西大明山隆起带[1]。

2.1.1气象与水文

花山地区地处北回归线以南，属温暖亚热带季风型气候，高温多雨，终年少见霜雪。

每年7～9月暴雨倾盆而下，雨量非常集中，强度大，历时短，往往酿成灾害性洪水。

据历史记录花山地区最高洪水位为121.04m（1986年7月23日），但洪水位低于岩画底部高程，对岩画没有浸泡侵蚀影响。

但降雨强度的集中易诱发崖壁局部岩体的垮塌病害，对游人及环境造成危害。

多年平均气温19—22℃，冬季1月最冷，平均气温13.3℃，夏季7月最热，平均气温28.4℃，年度最大平均温差15.1℃（1967年1月）。

历年极端最高气温达40.8℃（1958年5月），历年极端最低气温－2.4℃。

极端气温变幅达43.2℃。

温差变化产生的应力作用，对岩画表层岩体风化破坏有一定的影响。

据宁明气象站资料记载，花山地区年平均蒸发量为1663.7mm，空气相对湿度较大，年平均值为79%。

全年以东风频率最大，东北风、西南风次之。

区内大风多为东北风，最大风速17～20m/s。

每年6至9月常受台风侵袭。

花山崖壁走向为NNW向，受西南风的影响较大。

2.1.2地形地貌

崇左市大致地势为南北部较高，中东部较低，有西北向东部倾斜。

地形特点是山地多，平地少，石灰岩地层分部广。

市内有山地、丘陵、谷地，也有河谷冲积成的平原。

宁明县为东南部高，北部和西部较低，南部为土山区，形成无数山间带状谷地和峰丛坡地，中部为土丘陵，北部靠中为明江河谷为平原。

崇左市内山脉主要为大明山和十万大山余脉，绵延江州、扶绥、宁明和大新等县（区）。

江州区北部为西大明山、小明山所盘踞，群山起伏，两大明山主峰位于区境东北部，海拔约为1071米，为江州区境内最高峰；南部为十万搭讪余脉，横亘本市江州、罗白乡一带。

扶绥县南部是十万大山余脉四方岭，呈东西向伸展；北部是西大明山支系凤凰山和三哈秀山，其他山多属孤峰屹立，不成脉系。

宁明县境内主要是十万大山余脉，由东南走向西部，横亘南部全境，绵延50余公里，峰峦重叠，宛如屏障，境内海拔50米以上的大山共201座。

2.1.3新构造运动与地震

2.1.3.1新构造运动

广西，除局部地区外，全区晚第三纪以来均处于上升状态。

表现为缺失上第三系地层，发育多级夷平面和河流阶地。

依广西新构造分区图，崇左市属于桂东南断块区。

该断块运动从燕山期延续至今，断块差异运动较强，地貌上差异明显，北东向断块山地与断陷盆地、谷底带相间排列。

盆地内第三系最厚达1300米，第四系发育于海岸、河流，最厚400多米，最多有6级洪积阶地，有4级海成阶地和4级河流阶地。

本区存在北东向和北西向第四纪活动断裂，组成X型构造格架，断陷盆地发育[12]。

2.1.3.2活动断裂与地震

崇左市在区域上处于桂西北强震地震构造区与桂东南强震地震构造区的接合部位。

本区位于华南沿海地震带西段，地处凭祥——南宁——桂林区域性断裂带与靖西——崇左区域性活动断裂带的交汇处，构造复杂，历史上和现代曾发生过28次中强地震，最大震级里氏5.16级，其地震影响烈度高达Ⅳ度以上，近年来更是小震不断。

在崇左市方圆150公里的区域内，地壳厚度总体态势为东南薄、西北厚。

本区活动断裂主要有两组：

一组是北东向，主要有合浦——北流断裂带、防城——灵山断裂带和桂林——南宁断裂带；一组是北西向，主要有巴马——博白断裂带、百色——合浦断裂带、靖西——崇左断裂带、富宁—那坡—谅山断裂带和钦州湾断裂带。

前者主要分布在凭祥——南宁——柳州一线以东地区，总体走向40°—50°，舒缓波状延伸，规模宏大，长度大于300公里，第四纪有明显的强烈活动。

后者主要分布在博白——宾阳——马山一线以西地区，总体走向310°—300°，长度大于250公里，第四纪以来有明显的活动。

下面介绍几条重要的活动断裂带。

1、靖西——崇左活动断裂带：

断裂西北端起于云南省境内，往东南经广西的靖西、大新至崇左附近，长约250公里。

研究表明断裂在第四纪有过明显活动，沿断裂带ML2.0—4.0级地震时有发生，在其西北端，1962年和1982年在云南富宁分别发生过5.5级和5.7级地震。

2、桂林——南宁活动断裂带：

断裂带宽约几公里，西南起越南境内，经凭祥、崇左、扶绥、来宾、柳州、桂林，进入湖南，总长约650公里。

3、南宁——桂林断裂带为一继承性且长期活动的基底断裂。

断裂带的强烈活动期在燕山期，新构造运动以来也有明显活动，它控制着广西大的地貌轮廓，断裂带以西以中、低山为主，以东则以低山、丘陵、平原为主。

第四纪以来活动明显，沿断裂时有地震发生。

灵川附近曾发生过该断裂带的最大地震，震级为4.3级。

4、防城——灵山活动断裂带：

位于崇左市东南部。

该断裂带西南始于越南的先安，经广西防城、灵山至平南的大安，全长约350公里。

防城——灵山断裂带是一条长期且强烈活动的断裂带。

断裂在第四纪晚期有过强烈活动。

历史上该断裂带曾记述发生过5次大于5.0级的地震，最大地震为1936年灵山平山东地震，震级为6.8级，震中烈度达Ⅸ度，是迄今为止广西历史上最大的地震，也是华南地区发生的最大地震。

5、百色——合浦活动断裂带：

位于崇左市东北部。

该断裂带始于桂黔交界的隆林、西林，向东南经百色、南宁，至合浦，而后进入雷州半岛，长约500余公里。

断裂在南宁西北段连续性好，延伸长，称右江断裂带；在南宁东南连续性差，时隐时现，断续出现。

右江断裂带在第四纪仍有活动。

沿右江断裂带有史以来共记载较大地震7次，最大地震为5.0级。

2.1.3.3潜在震源区

潜在震源区是指未来可能发生破坏性地震的地区。

崇左市位于崇左5.5级潜在震源区内，其区域上还涉及灵山、平果、钦州等十几个潜在震源区，下面仅介绍几个对崇左影响大的潜在震源区。

1、崇左潜源区：

位于崇左、宁明、大新一带。

区内有北东向的桂林——南宁断裂和北西向的靖西——崇左断裂在此交汇，这两条断裂第四纪以来都有过明显活动，1869年在宁明发生过4级地震一次。

现今宁明——崇左附近小震时有发生。

本区震级上限为5.5级。

2、南宁潜在震源区：

在南宁、邕宁、扶绥一带，潜源区内有北东向的桂林——南宁断裂和北西向的右江断裂通过并相互交切，它们控制了中新生代盆地的形成，第四纪以来仍有较强的活动，历史上在扶绥发生过4级地震。

本区震级上限定为5.5级。

虽然崇左市辖区处在我国的弱地震带上，但还是小震不断，中强震偶有发生。

崇左有记录的地震最大达到了里氏5.16级，分别是1869年7月11日宁明发生的里氏5.16级地震和1885年11月24日龙州发生的里氏5.16级地震，这两次地震造成了一定的人员伤亡和财产损失；本世纪崇左发生的最大地震是2003年扶绥发生的里氏4.3级地震，造成了财产损失。

第三章研究区工程地质条件及平台边坡基本特征

3.1工程地质条件

3.1.1研究区地形地貌

花山地区处于弄岗自然保护区西南端，属峰丛洼地地貌区。

区内由基座相连的山峰簇拥。

山峰主要由石炭系碳酸盐岩地层组成。

山峰之间大小不等的封闭性溶蚀洼地十分发育。

洼地规模一般直径为几十至数百米不等，最大者可达千米以上，洼地内由第四系松散堆积物覆盖，并发育有一至数个溶斗、落水洞或消溢洪洞。

参观平台（如图3-1）为花山岩画所依托山体崖壁前的崩塌堆积体，崖壁高差100-220m，受构造运动和河水的切割侵蚀作用，崖壁下部呈负坡并发育有一些具有垮塌、滑动破坏趋势的危岩体。

在岩画区内北侧，紧邻花山岩画崖壁发育1个大的溶槽，呈似椭园形，长轴方向长80m，短轴方向长30m，洼地深度为5～6m。

洼地内有第四系松散堆积物覆盖，其厚度由小于1m～5m不等。

洼地底部有溶斗，落水洞或消溢洪洞等发育。

该落水洞与明江相通，是洼地的主要泄洪通道。

研究区与明江右岸的Ⅰ级阶地相接，对面为广阔的Ⅱ级阶地。

3.1.2研究区岩土类型

花山岩画地层为中石炭系黄龙组（C2h）浅灰色～灰色厚层～巨厚层状生物碎屑微～泥晶灰岩夹中薄层生物碎屑灰岩，岩石为基底式胶结，基质组分为微—泥晶方解石，岩石结构相对致密。

岩石中方解石含量较高，容易受水的溶蚀作用。

根据钻探揭露，场地岩土层的分布及特征分述如下（图3-2）：

图3-1平台边坡（对岸拍摄）

图3-2平台边坡工程地质剖面图

（1）砂土层（Q4m）：

黄、褐色，松散状态，以砂土为主，局部含少量植物根茎及小块碎石，层厚0.10～6.8m。

（2）灰岩破碎堆积层（Q