蔡长发西南科技大学文献阅读Word下载.docx
《蔡长发西南科技大学文献阅读Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蔡长发西南科技大学文献阅读Word下载.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
随着我国经济快速发展，为满足经济发展的要求，近20年来我国的道路建设的规模和等级不断提高，截至2006年底，全国道路总里程达345.70万公里，其中，高速道路4.53万公里，道路密度为36.0公里/百平方公里，随之而来的是在道路工程建设和使用过程中产生地质灾害的频率和规模逐年增加，对地质灾害的预防及治理的费用占工程造价的比例也越来越高[1]。
因此，在对道路工程地质灾害认识的基础上进行积极的减灾防灾研究和深入分析其特征对道路的影响十分必要。
随着道路工程的建设和科学技术的发展，人们对道路工程地质灾害认识和研究也逐渐深入，并形成了系统的道路灾害理论体系。
欧阳海霞[2]、杨俊明[3]等提出了道路灾害的定义及类型，即道路灾害是指由自然的、人为的、或人与自然综合作用引起道路设施损坏（或使用功能降低）、造成人身伤亡、经济损失,影响通行的事件或过程。
道路地质灾害指由地质作用使地质环境恶化,造成道路设施破坏人身伤亡、车辆破损,影响正常交通的事件或过程。
具体又可按构造物或性质分为道路路基地质灾害、道路桥涵地质灾害、道路隧道地质灾害和道路地下水灾害,其中最主要的灾种为地震、滑坡、崩塌、泥石流、水毁、地裂缝、岩溶和特殊岩土等地质灾害[3]。
2道路工程主要地质灾害特征及其对道路的影响综述
2.1地震灾害的特征及其对道路的影响
地震灾害是一种突发性、破坏性巨大的一种自然地质灾害；
是地球内部应力突然释放的一种表现形式，它是正在进行的地壳运动激发的表现，同台风、暴雨、洪水、雷电一样是一种自然现象，但它是自然灾害之首恶。
地震对道路工程的影响巨大，主要表现为直接破坏道路的路面、桥梁、隧道、路基等，即可分为路面地震灾害、桥梁地震灾害、隧道地震灾害和路基地震带。
根据吉随旺[4]、程 强[5]、王明年[6]等对汶川地震对道路震害的研究分析，地震对道路的影响具体表现在一下方面：
桥梁方面主要有桥梁倒塌（图1）、墩柱压溃（图2）、落梁及梁体移位；
路基路面方面主要有路基路面整体断裂、错动和滑移、路基路面整体坍滑、路基路面隆起错位和挤压（图3、4）、路面脱空、路基路面被掩埋、路面出现纵、横向裂缝；
道路边坡方面主要有岩石脱离原结构面产生崩塌和落石、土质边坡（松散层）为基岩全强风化层、基岩覆盖层或松散堆积体边在地震作用下产生崩滑和溜坍；
挡墙、护面墙主要震害类型包括以下三类：
砸坏、挡墙
图1国道G213线百花大桥倒塌完全破坏图2国道G213百花大桥桥墩压溃
图3省道S302线路基路面隆起图4省道S205线路基路面开裂、沉降滑移
坍塌、开裂、滑移、外倾（图5）；
公路隧道出现了多种的震害，典型的震害有：
洞口区域山体滑坡崩塌（图6）、支挡结构开裂；
洞门开裂、结构破损；
衬砌开裂掉块甚至坍塌、施工缝开裂错台、衬砌开裂后渗漏水；
路面开裂、错台、积水严重；
排水系统遭到堵塞和破坏，路面及仰拱隆起。
图5国道G213都江堰—映秀段挡墙剪切破坏图6桃关隧道洞门结构破坏
2.1滑坡的特征及其对道路的影响
在自然地质作用和人类活动等因素的影响下，边坡上的岩体在重力的作用下沿着一定的软弱面或软弱带整体或局部向下滑动的过程和现象及其形成的地形地貌形态，称为滑坡[7]。
滑坡的成因可以分为人为因素、自然因素和人为自然综合因素，人为因素如森林植被破坏、不合理开垦、矿山采掘、切坡、滑坡体下部切脚、滑坡体中-上部人为加载、震动、废水随意排放、渠道渗漏、水库蓄水等；
自然因素有降雨、地震、洪水、崩塌加载等。
按不同的因素滑坡有不同的分类，如根据滑坡体的物质组成和结构形式等主要因素进行分类，如表1；
根据滑坡体厚度、运移形式、成因、稳定程度、形成年代和规模等其它因素进行分类，如表2所示。
滑坡的活动强度，主要与滑坡的规模、滑移速度、滑移距离及其蓄积的位能和产生的功能有关。
滑坡的特征主要表现为：
发生破坏的岩土体以水平位移为主，除滑动体边缘存在为数较少的崩离碎块和翻转现象外，滑体上各部分的相对位置在滑动前后变化不大；
滑体始终沿着一个或几个破坏面（带）滑动，滑动面多是古地形面、岩层层面、不整合面、断层面、贯通的节理裂隙面等；
滑体滑动过程可以瞬间完成也能持续几年或更长时间，规模较大的“整体”滑动一般为缓慢、长期或间歇的滑动。
滑坡对道路工程的影响主要表现为：
规模小的滑坡可能造成路基上拱、下沉或平移，大型滑坡则掩埋摧毁路基或线路，以致破坏道路的桥梁、隧道等工程，经常中断行车，甚至造成生命财产的重大损失。
如2010年5月23日，因连日降雨造成山体滑坡掩埋线路，沪昆铁路K859次客车脱线，死亡人数19人，71人受伤，受事故影响，沪昆线D96、1531、5204、5206、T276、2240、2188、K8708、K8716次9趟列车被迫停运。
2007年4月2日晚，重庆彭水县境内受暴雨侵蚀，彭（水）-石（柱）公路约5公里处发生山体滑坡，滚落的巨石恰好砸中一辆路过的客车，7人当场死亡，3人不同程度受伤。
可见，山体滑坡对道路工程的影响非常严重。
表1滑坡物质和结构因素分类表
类型
亚类
特征描述
堆积层（土质）滑坡
滑坡堆积体滑坡
由前期滑坡形成的块碎石堆积体，沿下伏基岩或体内滑动。
崩塌堆积体滑坡
由前期崩塌等形成的块碎石堆积体，沿下伏基岩或体内滑动。
崩滑堆积体滑坡
由前期崩滑等形成的块碎石堆积体，沿下伏基岩或体内滑动。
黄土滑坡
由黄土构成，大多发生在黄土体中，或沿下伏基岩面滑动。
粘土滑坡
由具有特殊性质的粘土构成。
如昔格达组、成都粘土等。
残坡积层滑坡
由基岩风化壳、残坡积土等构成，通常为浅表层滑动。
人工填土滑坡
由人工开挖堆填弃渣构成，次生滑坡。
岩质
滑坡
近水平层状滑坡
由基岩构成，沿缓倾岩层或裂隙滑动，滑动面倾角≤10º
。
顺层滑坡
由基岩构成，沿顺坡岩层滑动。
切层滑坡
由基岩构成，常沿倾向山外的软弱面滑动。
滑动面与岩层层面相切，且滑动面倾角大于岩层倾角。
逆层滑坡
由基岩构成，沿倾向坡外的软弱面滑动，岩层倾向山内，滑动面与岩层层面相反。
楔体滑坡
在花岗岩、厚层灰岩等整体结构岩体中，沿多组弱面切割成的楔形体滑动。
变形体
危岩体
由基岩构成，受多组软弱面控制，存在潜在崩滑面，已发生局部变形破坏。
堆积层变形体
由堆积体构成，以蠕滑变形为主，滑动面不明显。
表2滑坡其它因素分类表
因素
名称类别
特征说明
滑体厚度
浅层滑坡
滑坡体厚度在10m以内
中层滑坡
滑坡体厚度在10m～25m之间
深层滑坡
滑坡体厚度在25m~50m之间
超深层滑坡
滑坡体厚度超过50m
运动形式
推移式滑坡
上部岩层滑动，挤压下部产生变形，滑动速度较快，滑体表面波状起伏，多见于有堆积物分布的斜坡地段。
牵引式滑坡
下部先滑，使上部失去支撑而变形滑动。
一般速度较慢，多具上小下大的塔式外貌，横向张性裂隙发育，表面多呈阶梯状或陡坎状。
发生
原因
工程滑坡
由于施工或加载等人类工程活动引起滑坡。
还可细分为：
1.工程新滑坡：
由于开挖坡体或建筑物加载所形成的滑坡；
2.工程复活古滑坡：
原已存在的滑坡，由于工程扰动引起复活的滑坡。
自然滑坡
由于自然地质作用产生的滑坡。
按其发生的相对时代可分为古滑坡、老滑坡、新滑坡。
现今稳定程度
活动滑坡
发生后仍继续活动的滑坡。
后壁及两侧有新鲜擦痕，滑体内有开裂、鼓起或前缘有挤出等变形迹象。
不活动滑坡
发生后已停止发展，一般情况下不可能重新活动，坡体上植被较盛，常有老建筑。
发生年代
新滑坡
现今正在发生滑动的滑坡
老滑坡
全新世以来发生滑动，现今整体稳定的滑坡。
古滑坡
全新世以前发生滑动的滑坡，现今整体稳定的滑坡。
滑体
体积
小型滑坡
＜10×
104m3
中型滑坡
10×
104m3～100×
大型滑坡
100×
104m3～1000×
特大型滑坡
1000×
104m3～10000×
巨型滑坡
＞10000×
2.3滑坡的特征及其对道路的影响
崩塌是指较陡的斜坡上的岩土体在重力的作用下突然脱离母体崩落、滚动堆积在坡脚的地质现象。
崩塌的特征速度快、规模差异大、崩塌下落后，崩塌体各部分相对位置完全打乱，大小混杂，形成较大石块翻滚较远的倒石堆。
崩塌的形成机理分类及特征如表3。
表3崩塌形成机理分类及特征
岩性
结构面
地形
受力状态
起始运动形式
倾倒式崩塌
黄土、直立或陡倾坡内的岩层
多为垂直节理、陡倾坡内~直立层面
峡谷、直立岸坡、悬崖
主要受倾覆力矩作用
倾倒
滑移式崩塌
多为软硬相间的岩层
有倾向临空面的结构面
陡坡通常大于55°
滑移面主要受剪切力
滑移
鼓胀式崩塌
黄土、粘土、坚硬岩层下伏软弱岩层
上部垂直节理，下部为近水平的结构面
陡坡
下部软岩受垂直挤压
鼓胀伴有下沉、滑移、倾斜
拉裂式崩塌
多见于软硬相间的岩层
多为风化裂隙和重力拉张裂隙
上部突出的悬崖
拉张
拉裂
错断式崩塌
坚硬岩层、黄土
垂直裂隙发育，通常无倾向临空面的结构面
大于45°
的陡坡
自重引起的剪切力
错落
崩塌对道路工程的影响表现在：
使公路和铁路被掩埋，破坏路基，掩埋车辆等，往往与滑坡泥石流相伴而生，由崩塌带来的损失，不单是构筑物毁坏的直接损失，并且常因此而使交通中断，给运输带来重大损失。
例如，2009年7月29日，由襄樊开往湛江的1473次旅客列车运行至焦柳线广西境内古砦至寨隆间，因强降雨造成山体崩塌掩埋线路，列车机车及机后1－4位车辆脱轨，造成4名旅客死亡，50余名旅客受伤，焦柳线中断行车；
2007年11月20日，宜万铁路高阳寨隧道岩崩滑坡中一载有31人的客车被埋。
2.4泥石流特征及其对道路影响
泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑，地形险峻的地区，因为暴雨暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。
泥石流具有突然性以及流速快，流量大，物质容量大和破坏力强等特点。
影响泥石流强度的因素较多，如泥石流容量、流速、流量等，其中泥石流流量对泥石流成灾程度的影响最为主要。
发生泥石流常常会冲毁公路铁路等交通设施甚至村镇等，造成巨大损失。
泥石流的分类及其特征如表4。
表4泥石流分类及其特征
分
类
指
标
类
特
征
水源类型
暴雨性泥石流
由暴雨因素激发形成的泥石流
溃决型泥石流
由水库、湖泊等溃决因素激发形成的泥石流
冰雪融水型泥石流
由冰、雪消融水流激发形成的泥石流
泉水型泥石流
由泉水因素激发形成的泥石流
地貌部位
山区泥石流
峡谷地形，坡陡势猛，破坏性大
山前区泥石流
宽谷地形，沟长坡缓势较弱，危害范围大
流域形态
沟谷型泥石流
流域呈扇形或狭长条形，沟谷地形，沟长坡缓，规模大，一般能划分出泥石流的形成区、流通区和堆积区
山坡型泥石流
流域呈斗状，无明显流通区，形成区与堆积区直接相连，沟短坡陡，规模小
物质组成
泥流
由细粒径土组成，偶夹砂砾，粘度大，颗粒均匀
泥石流
由土、砂、石混杂组成，颗粒差异较大
水石流
由砂、石组成，粒径大，堆积物分选性强
固体物质提供方式
滑坡泥石流
固体物质主要由滑坡堆积物组成
崩塌泥石流
固体物质主要由崩塌堆积物组成
沟床侵蚀泥石流
固体物质主要由沟床堆积物侵蚀提供
坡面侵蚀泥石流
固体物质主要由坡面或冲沟侵蚀提供
流体性质
粘性泥石流
层流，有阵流，浓度大，破坏力强，堆积物分选性差
稀性泥石流
紊流，散流，浓度小，破坏力较弱，堆积物分选性强
发育阶段
发育期泥石流
山体破碎不稳，日益发展，淤积速度递增，规模小
旺盛期泥石流
沟坡极不稳定，淤积速度稳定，规模大
衰败期泥石流
沟坡趋于稳定，以河床侵蚀为主，有淤有冲，由淤转冲
停歇期泥石流
沟坡稳定，植被恢复，冲刷为主，沟槽稳定
暴发频率（n）
极高频泥石流
n≥10次/年
高频泥石流
1次/年≤n＜10次/年
中频泥石流
0.1次/年≤n＜1次/年
低频泥石流
0.01次/年≤n＜0.1次/年
间歇性泥石流
0.001次/年≤n＜0.01次/年
老泥石流
0.0001次/年≤n＜0.001次/年
古泥石流
n＜0.0001次/年
堆积物体积（v）
巨型泥石流
v>
50×
大型泥石流
20×
104m3≤v≤50×
中型泥石流
2×
104m3≤v＜20×
小型泥石流
v＜2×
泥石流对道路的影响主要表现为：
泥石流可直接埋没车站，铁路、公路，摧毁路基、桥涵等设施，致使交通中断，还可引起正在运行的火车、汽车颠覆，造成重大的人身伤亡事故。
有时泥石流汇入河道，引起河道大幅度变迁，间接毁坏公路、铁路及其它构筑物，甚至迫使道路改线，造成巨大的经济损失。
如甘川公路394公里处对岸的石门沟，1978年7月暴发泥石流，堵塞白龙江，公路因此被淹1公里，白龙江改道使长约两公里的路基变成了主河道，公路、护岸及渡槽全部被毁。
该段线路自1962年以来，由于受对岸泥石流的影响己3次被迫改线。
建国以来，泥石流给我国铁路和公路造成了无法估计的巨大损失。
3道路工程边坡岩土体稳定性分析方法的综述
边坡稳定性问题一直是岩土工程的一个重要研究内容，对其稳定性的评价正确与否直接关系到边坡工程的成败及建设的资金投入和人民的生命财产安全。
近百年来随着力学、数学及计算机等学科在边坡稳定性研究方面的应用和发展的不断深入，人们在边坡稳定性分析方面尤其是在利用计算机软件与数学理论相结合的数值分析方面已经取得了一定的成就。
边坡稳定性分析的具体方法很多，不同的分析方法有不同特点及适用条件，在边坡稳定性分析中根据不同的工程地质条件选取相应的分析方法是至关重要的。
目前来看，边坡稳定性分析方法可以分为三大类，即刚体极限平衡法、数值分析法及其他新方法。
1、刚体极限平衡法
刚体极限平衡法[8]是目前在岩土工程中广为应用的计算方法。
其基本思路是：
假定土体为刚体；
假定边坡的岩土体破坏时由于边坡内产生了滑动面，部分岩土体沿滑动面而滑动造成的。
滑动面上的坡体服从破坏条件；
假定滑动面已知，通过考虑滑动面形成的隔离体的静力平衡，确定滑动面破坏时的荷载，或者说判断滑动面上滑体的稳定状态或稳定程度。
滑动面是认为确定的，可以是平面、圆弧面、对数螺旋面或其他不规则曲面。
隔离体的静力平衡可以是滑面上的力的平衡或力矩的平衡。
隔离体可以是一个整体，也可以由若干认为分隔的竖向土条组成。
通过系统地求出一系列滑动面发生滑动时的破坏荷载，建立静力平衡方程，通过求解静力平衡方程求出安全系数。
传统的极限平衡方法主要有瑞典圆弧条分法[9]、Janbu法[10、11]、Bishop法[12]、MorgensternandPrice法[13]、Spencer法[14]、Fellenius法[15]以及Sarma[16]法等。
传统的极限平衡分析方法都假定土体是理想的塑性材料，而土条则被视为刚体，按照极限平衡的原则进行力的分析，但是，无论是土条间的内力还是土条底部的反力，都完全没有考虑土体本身的应力-应变关系。
同时，还假定所有土条的最小稳定系数均相同。
因此，上述方法计算出来的数值，并不能代表土坡在实际工作条件下的真正内力和反力[17]。
所求出的安全系数只是所假定的滑裂面上的平均安全系数，无法分析坡体变形破坏的发生发展过程，不能考虑局部变形的影响。
虽然传统的方法缺点非常明显，但这种方法发展较为成熟，所以，在实际工程应用中较为广泛，尤其是随着与计算机领域相结合一些边坡条分法计算程序的开发，使得该方法计算更为便利。
近二十多年来，基于传统的极限平衡法的基础上国内学者也取得了一定的成就，人们开始研究各种极限平衡方法的数值算法，并在此基础上研究边坡稳定分析的通用极限平衡法，试图将所有的条分法纳入到统一体系中。
代表性的成果有普遍极限平衡法（GLE）[18]、陈祖煌的通用条分法[19]、张雄提出的改进条分法[20]等。
GLE法根据静力平衡和力矩平衡分别建立了条间力的递推公式和条间力作用点位置的递推公式，结合相应的边界条件，基于RapidSolver法进行求解。
该法仍需人工分条，求解速度与精度较低。
陈祖煌的通用条分法改进了Morgenstern-Price法，根据微条上的力和力矩平衡，结合相应的边界条件，推导出静力微分方程的闭合解，是目前较为完备的通用条分法。
张雄提出的改进方法是利用优化技术直接调整条块间及滑面上的内力，使得对给定的滑动面安全系数取最大值，而对各个不同的滑裂面寻求安全系数为最小滑裂面。
对滑裂面的形状、条块间的内力之间的关系等不做任何假定，因此能更真实地反映边坡的实际稳定状态。
2、数值模拟分析法
数值模拟分析方法则是与极限平行分析方法并行的一种分析方法，侧重于岩土应力-应变即破坏机理的分析。
常见的数值模拟分析方法有有限元分析法、离散单元法、DDA方法、边界元方法及拉格朗日有限差分法（FLAC）等[21]。
有限单元法是数值模拟方法在边坡稳定评价中应用得最早的方法[15]，也是目前最广泛使用的一种数值方法.所谓有限元法[22]，就是把连续体（如土坝）用网格划分儿有限数目的单元体，这些单元体之间结点处相互铰接，形成离散结构，用这些离散结构来代替原来的连续体结构，以分析其应力和应变。
将荷载移植于离散结构的结点上，成为结点荷载。
由虚位移原理和应力应变关系，可建立结点平衡方程，进而求解每个单元的应力和应变吗，也可以用来求解弹性、弹塑性、粘弹塑性、粘塑性等问题。
其优点是部分地考虑了边坡岩体的非均质和不连续性，可以给出岩体的应力、应变大小和分布，避免了极限平衡分析法中将滑体视为刚体而过于简化的缺点，可近似地根据应力、应变规律去分析边坡的变形破坏机制；
其缺点是还不能很好地解决大变形和位移不连续等问题。
离散单元法是有Cundall[23-25]等人首先提出的，是针对节理岩土体提出的一种适合于模拟岩土体大位移的数值计算方法。
离散单元法的一个突出功能是它在反映岩块之间接触面的滑移，分离与倾翻等大位移的同时，又能计算岩块内部的变形与应力分布。
因此，任何一种岩体材料都可引入到模型中，故该法对块状结构、层状破裂或一般破裂结构岩体边坡比较合适。
并且，它利用显式时间差分法（动态松弛法）求解动力平衡方程，求解非线性大位移与动力稳定问题较为容易。
此法在岩质高边坡稳定分析中有较广泛的应用[26]。
不连续变形分析（DDA）方法由石根华与Goodman提出的块体系统不连续变形分析（discontinuousdeformationanalysis）是基于岩体介质、非连续性发展起来的一种崭新的数值分析方法[21,27]。
此法的计算网格与岩体物理网格一致，可以反映岩体连续和不连续的具体部位。
它考虑了变形的不连续性和时间因素，既可以计算静力问题，又可以计算动力问题。
它还可以计算破坏前的小位移，也可以计算破坏后的大位移，如滑动、崩塌、爆破及贯入等，特别适合于边坡极限状态的设计计算。
DDA法是兼具有限元与离散元法二者之部分优点的一种数值方法，但是，岩体种类繁多，性质极为复杂，计算时步的大小对结果影响很大，且需耗用大量的计算机内存及计算时间，计算方法的优化和改良还有待进一步研究。
边界元方法[21]的思路是把所要求解的微分方程转化为边界积分方程，然后采用边界积分方程的数值解法求得原问题的数值解。
它与有限元相比，具有信息准备工作少、降低了所求问题的维数、计算量和计算时间较少以及计算精度较高等优点，特别适用于处理线弹性问题。
但是，它对变系数、非线性以及时间相关问题较难适应.因此，它比较适合分析边坡稳定性和地下渗流等方面。
拉格朗日有限差分法FLAC（fastLagrangiananalysisofcontinue）是一种吸取其他数值方法的优点并克服其缺点形成的一种新型的数值计算方法。
该方法是包括室内物理模型实验即在野外勘察、地质调查的基础上，建立滑动的地质-物理模型进行数值分析和弹塑性数值变形分析即通过有限元、边界元、半解析元分析及有限元与边界元结合分析的办法。
在处理有限变形问题时，对材料的非线性给予考虑，使由变形造成的对内外力平衡的影响在计算中得以体现，所以需要一种兼顾材料非线性和几何学上的非线性的一般非线性解析方法。
通过不断降低边坡岩土体强度或增加岩土体的自重使边坡岩土体达到临界状态，将最终的岩土体强度与初始强度的变化系数作为安全系数，此方法也称为强度折减法[29-31]。
与传统的安全系数求取方法相比基于FLAC强度折减法有这些优点：
（1）能够对具有复杂地貌、地质构造的边坡进行计算。
（2）考虑了岩土体的本构关系及变形对应力的影响。
（3）能够模拟边坡的变形过程及其滑动面的影响。
（4）求解安全系数时，不需要事先假定滑动面的形状，也无需进行条划分。
其不足之处在于：
（1）求解时间受网格尺寸的影响很多大。
（2）某些模式下求解时间很长。
（3）前处理功能较弱。
3、其他方法
目前不少学者利用一些新的理论对边坡进行稳定性分析并取得了一定的成果，形成一套评价体系。
虽然没有传统的极限刚体平衡法方法和数值模拟分析法成熟，但这些方法充分考虑到边坡不确定性因素的影响，所以，对边坡稳定性的不定性分析有一定的道理，利用这些评价体系对边坡的稳定性进行初步评价与边坡的实际情况还是比较相符合的，在边坡稳定性预测方面有较广泛的应用。
这些近些年常用评价方法主要有：
层次分析法、可靠指标法、灰色理论法、神经网格法及遗传进化法等。
下面对这些方法做简要介绍。
层次分析法（analyticalhierarchyprocess,AHP）[32]是20世纪70年代由美国运筹学家Saaty提出的，经过多年的发展现已成为一种较为成熟的方法。
其基本原理是：
将要评价系统的有关替代方案的各种要素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础上进行定性和定量分析的决策。
这种方法的特点是在对复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系
升级会员 