（地质工程专业论文）保腾高速公路龙江特大桥桥基边坡稳定性分析.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 随着我国山区高等级公路建设的迅速发展，出现了大量桥基高陡边坡工程。高边 坡稳定性问题己成为威胁施工安全，制约工程进度，影响公路运营安全的关键技术问 题，高边坡失稳破坏常威胁人类生命安全和造成巨大经济损失，因此桥基高边坡工程 越来越受到工程界的重视。 本文运用系统工程地质分析方法、极限平衡理论和数值模拟技术，完成了龙江特 大桥桥基边坡的稳定性分析研究，并有针对性的进行了治理措施研究。首先，通过野 外现场调查和已有勘探资料，查明沿线地层岩性、地貌、地质构造、气象与水文等地 质条件和沿岸主要地质病害，详细阐述典型高边坡所处的地质环境条件、边坡基本特 征、影响边坡稳定性因素等；然后根据边坡岩体结构特征和结构面特征，对边坡进行 了岩体质量分级，初步评价出各个边坡可能出现的变形破坏特征；其后，采用数值模 拟及强度折减和极限平衡法对高边坡在天然状态下、桥梁荷载下、暴雨下和地震作用 以及他们共同作用下稳定性进行了定量的分析计算，并进行各种工况下边坡的应力、 位移、塑性区和安全系数的比较分析。最后，在分析的基础上研究了高边坡加固治理 方案，研究了预应力锚索加固坡体的计算和设计。 结果表明：边坡的坡体结构、降雨和地震等是影响边坡稳定性的主要因素，桥梁 荷载对边坡的影响很小。各种方法计算表明，桥基边坡在降雨及降雨加地震条件处于 失稳状态。综合考虑边坡岩体结构特征、降雨和地震以及工程费用方面的因素，推荐 采用排水和边坡预应力锚索加固措施。 该边坡的这一研究，对今后类似桥基边坡的分析和加固工作具有一定借鉴意义。 关键词：桥基边坡岩体质量分级强度折减法稳定性分析加固措施 西南交通大学硕士研究生学位论文第1l 页 a b s t r a c t w i t ht h er a p i ds p e e do fh i g h w a yc o n s t r u c t i o n ，al a r g en u m b e ro fb r i d g ef o u n d a t i o n h i g h - s l o p e se n g i n e e r i n g sa r ea p p e a r e di nm o u n t a i n o u sa r e ao fo u rc o u n t r y t h eh i g h s l o p e s s t a b i l i t yh a sb e e nt h ek e y t e c h n i c a lp r o b l e mw h i c ha f f e c t sc o n s t r u c t i o ns a f e t y ，p r o g r e s sa n d h i g h w a yo p e r a t i o n a ls a f e t y p e o p l e sl i v e sa n dp r o p e r t ya r et h r e a t e db yh i g h s l o p e s d e s t r o y e d t h e r e f o r em o r ea n dm o r ea t t e n t i o n sa r ep a y e dt ob r i d g ef o u n d a t i o nh i g h - s l o p e e n g i n e e r i n g s t h es t a b i l i t ya n a l y s i so ft h el o n g j i a n gb r i d g ef o u n d a t i o ns l o p eh a sb e e nw o r k e db y u s i n ge n g i n e e r i n gg e o l o g y , l i m i t i n ge q u i l i b r i u mm e t h o da n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o na n dt h e t r e a t m e n tm e a s u r e sa r ep r e s e n t e d f i r s t l y ，t h r o u g hf i e l di n v e s t i g a t i o n sa n de x i s t i n gd a t a , f i n d i n go u tt h es t r a t u ml i t h o l o g y ，p h y s i o g n o m y , g e o l o g i c a lf o r m a t i o n ，m e t e o r o l o g i c a la n d h y d r o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，a sw e l la st h em a i ng e o l o g i c a ld i s e a s e sa l o n gt h er i v e r ；e x p r e s s i n g t h eg e o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，b a s i cc h a r a c t e r i s t i c sa n di n f l u e n c ef a c t o r so fh i g h s l o p e ； a c c o r d i n gt ot h ef e a t u r e so fs t r u c t u r a lp l a n ea n ds l o p er o c k m a s ss t r u c t u r e ，t h er o c k m a s s q u a l i t yi s c l a s s i f i e da n dt h ed e f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c st h a tv a r i o u ss l o p e sm a yo c c u r e v a l u a t e dp r e l i m i n a r i l y t h e n ，t h es l o p es t a b i l i t yc o e f f i c i e n ta r ec a l c u l a t e db yu s i n gn u m e r i c a l s i m u l a t i o nm e t h o d ，s t r e n g t hr e d u c t i o nm e t h o da n dl i m i te q u i l i b r i u mm e t h o du n d e rt h e n a t u r a ls t a t e ，b r i d g el o a d ，t h es e i s m i cl o a d i n ga n dh e a v yr a i nc o n d i t i o n s c o m p a r i n ga n d a n a l y s i s i n gt h es t r e s s ，d i s p l a c e m e n t ，p l a s t i cz o n ea n dt h es a f e t yf a c t o ro ft h es l o p ei nv a r i o u s c a s e s b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h eh i g hs l o p e ，d i s c u s s i n ga b o u tt h ep r o g r a mo f r e i n f o r c e m e n tm e a s u r e sa n dt h ec a l c u l a t i o no fp r e s t r e s s e da n c h o r t h er e s u l t si n d i c a t et h a ts l o p es t r u c t u r e ，r a i n f a l la n de a r t h q u a k ea r et h em a i nf a c t o r s w h i c ha f f e c tt h es t a b i l i t yo fs l o p eg r e a t l y , b r i d g el o a dh a sl i t t l ee f f e c to nt h es l o p e t h e c o m p u t e dr e s u l ti n d i c a t e st h a tb r i d g ef o u n d a t i o ns l o p el o s s e si t ss t a b i l i t yu n d e rt h es e i s m i c l o a d i n ga n dh e a v yr a i nc o n d i t i o n s d r a i n a g em e a s u r e sa n dp r e s t r e s s e da n c h o rr e i n f o r c e m e n t a r eu s e db yc o n s i d e r i n gt h e s l o p es t r u c t u r e ，r a i n f a l l ，e a r t h q u a k e s a n dc o s tf a c t o r s c o m p r e h e n s i v e l y t h es t u d yo fb r i d g ef o u n d a t i o nh i g h - s l o p e sc a nb eu s e df o rr e f e r e n c et ot h es i m i l a r e n g i n e e r i n g s k e yw o r d s ：b r i d g ef o u n d a t i o ns l o p e ；r o c km a s sq u a l i t yc l a s s i f i c a t i o n ；s t r e n g t hr e d u c t i o n m e t h o d ；s t a b i l i t ya n a l y s i s ；r e i n f o r c e dm e a s u r e s 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密讲使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“v ”) 学位论文作者签名：欲- 指导老师签名： 日期：矽婵月旧 b 期：c 。节占? 毫t 冷 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 结合工程地质、岩体结构和实验资料，按照c s m r 法对岩体质量进行了分级；通 过有限差分软件建立数值模拟模型，数值模拟分析了龙江大桥两岸的腾冲岸坡、保山 岸坡、h 1 滑坡后壁边坡和h 2 滑坡后壁边坡应力和位移的情况，用强度折减法对边坡 进行了分析和安全系数计算；还通过极限平衡法分析计算边坡可能产生滑动的几种工 况，同有限差分计算相互验证；对可能影响桥基稳定的边坡进行了加固分析。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名：欲o 日期：加牌胡佃 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 研究背景和意义 龙江发源于高黎贡山西侧腾冲的明光河一带，为瑞丽江的上游，属伊洛瓦底江水 系，全长3 3 2 千米，其中在德宏境内长1 1 2 千米，流域面积约5 5 7 6 平方千米。经梁河 进入德宏后，在梁河勐养坝东侧有萝b 坝河汇入，到遮放坝西南边缘有芒市河汇入， 然后流经瑞丽，在瑞畹桥以下称为瑞丽江，流入缅甸后汇入伊洛瓦底江。拟建保山至 腾冲高速公路位于云南省西部、横断山脉南段，是云南省干线公路“9 2 1 0 ”骨架网、 “7 7 1 9 ”一般干线网和高速公路网的公路发展总体规划的一部分，是昆明至缅甸、印 度国际大通道及亚洲公路网的重要组成部分。其控制性工程龙江特大桥位于龙江 中游河段，桥轴线走向为3 0 7 。，东、西两岸分别属于龙陵县龙江乡和腾冲县五合乡。 该大桥最大桥高2 8 0 米，主墩位置分别为k 2 0 + 6 0 0 和k 2 1 + 6 6 0 ，锚碇位置分别为 k 2 0 + 2 2 0 和k 2 1 + 9 8 0 。桥基处于上新统芒棒组玄武岩夹砂砾岩地层，边坡高达2 8 0 米， 边坡稳定性对大桥建设至关重要。 目前，峡谷区桥基岩质边坡工程问题的研究相对于矿山、水电工程等岩石边坡的 研究相对较少，并且与矿山、水电工程等岩石边坡相比它有其自身的特点。边坡岩体 是存在于一定的地质环境中的复杂材料，其复杂性主要表现在边坡岩体的不连续性、 非均质性、各向异性以及赋存条件的差异性，以及在人类工程活动或工程荷载作用下， 岩体的变形、破坏形式和机制等的差异性，因而其稳定性评价和工程处治措施也显得 复杂和难以评价。但是，由于工程建设的需要，又普遍存在着需要解决的问题，如工 程地质上桥型的选择、桥墩的布设位置等，因为这不仅关系到桥基边坡的稳定和桥梁 的安全，也直接关系到整个桥梁的选型、技术指标和造价。本论文将以龙江特大桥为 例，结合极限平衡理论和有限差分强度折减法分析边坡的稳定性，最终提出合理的防 治措施。这将是对多灾害地区桥基边坡分析一次探索，具有重大意义。 本文在分析了龙江特大桥两岸岩体结构及其破坏机制的基础上，针对桥基边坡的 安全问题，分别对大桥两岸边坡降雨稳定性和边坡地震稳定性分析。最后对桥基边坡 可能失稳的情况进行了加固研究。我国是多山区多地质灾害的国家，各种道路交通的 修建对人民的社会生活具有很重大的意义，所以开展此项研究工作，对以后研究其他 山区桥基边坡具有指导的意义，并为及时采取相关措施提供理论依据。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 据此背景，作者在导师的指导下，选择了“保腾高速公路龙江特大桥桥基边坡稳 定性分析及加固措施研究 作为硕士论文题目。 1 2 国内外研究现状 边坡是人类生存的重要环境，甚至是工程建筑的重要组成部分。人类在从事生产 和建筑过程中，不可避免的要对岩石圈表层进行改造，其中，水电建设、露天采矿和 道路修筑等人类工程活动对岩体的挖掘，往往会形成众多的岩质工程边坡。 边坡稳定性研究是边坡防护设计和施工的重中之中，没有可靠的稳定性研究，一 切处在边坡潜在威胁地段的工程项目便难以实施有效的设计，更别说进行施工了。随 着人类工程活动的发展，对边坡稳定性问题的研究也不断深化。从人们最初对滑坡、 崩塌等灾害的研究到现今对人工边坡及自然边坡的关注，从其整个发展历史来看，边 坡稳定性研究发展的过程也是边坡稳定性分析方法不断发展的过程。归纳前人对边坡 问题的研究，大致可分为以下几个阶段4 3 ： 2 0 世纪2 0 年代初，随着欧美国家工业化的兴起；大规模的工程建设，如修筑铁路， 采矿等，导致了较多人工边坡的出现，并诱发了大量的滑坡和崩塌，造成了很大的经 济损失。于是，以滑坡为主要内容的半经验、半理论的研究逐步开展起来。由于我国 建国后大批基础设施的建设，许多学者引进前苏联工程地质的体系，继承和发展了“地 质历史分析”法，并将其应用于滑坡的分析和研究中，对边坡稳定性研究起到了推动 作用。这阶段学者们着重边坡地质条件的描述和边坡类型的划分，采用工程地质类比 法评价边坡稳定性。 2 0 世纪6 0 年代，世界上几起灾难性的边坡失稳事件的发生，使人们逐渐认识到了 结构面对边坡稳定性的控制作用以及边坡失稳的时效特征( l m u l e r , 1 9 6 3 ，1 9 6 5 ) ，初步形 成了岩体结构的观点( 谷德振、孙玉科等，1 9 6 5 ) ，并在应用赤平极射投影的基础上，提 出了实体比例投影方法，用以进行边坡块体破坏的计算，定性判断边坡的稳定性。同 时，我国学者结合露天矿边坡稳定性研究，在陈宗基教授的指导下，进行了比较系统 的岩体力学性质的试验研究，包括大型现场试验及室内岩块试验，常规力学试验及流 变力学试验，岩块力学试验及结构面力学试验，动力学试验及静力学试验等。这些工 作推动了岩质边坡稳定性研究的发展。 2 0 世纪7 0 年代着重于边坡的破坏机理研究，提出了累进性破坏的观点及边坡变形 破坏的机制模式，将边坡的形成演化机制与其变形破坏的全过程联系了起来，从而使 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 边坡稳定性问题的研究步入了地质分析和岩石力学分析相结合的时代。在破坏机理研 究方面，至今己提出了多种观点，如张倬元，王兰生( 1 9 9 4 ) 提出的斜坡变形的6 种主要 模式，即：蠕滑一拉裂、滑移一压致拉裂、滑移一拉裂、弯曲一拉裂、塑流一拉裂和滑 移一弯曲，以及斜坡失稳的3 种基本破坏方式，即崩落( 塌) 、滑落( 坡) 和( 侧向) 扩离； 孙广忠提出了“岩体结构控制论 观点；与此同时，国外的r e g o o d m n a 出版了非 连续岩体地质工程方法一书，对岩体结构的特性也进行了深入细致的研究。 2 0 世纪8 0 年代，边坡稳定性研究进入了一个新的阶段。1 9 8 6 年，在举行国际地 质会议期间，国际工程地质协会( m e g ) 成立，同时成立了“滑坡及其他块体运动委员 会”，它是国际上第一个专门研究滑坡及其防治的国际组织。国际岩石力学与工程学会 ( i s r m ) 、国际岩土力学与基础工程学会( i s s m f e ) 、国际大坝委员会( c o l d ) 等均将边坡 工程作为重要的专题进行学术交流和探讨。这些国际组织在促进边坡工程研究方面起 到了重要作用。同时，我国改革开放政策的实施，使大批从事边坡工程研究的学者焕 发了强大的活力，在水电、矿山、铁路、地矿等部门专门对滑坡和边坡稳定性设列专 题进行攻关研究。如，1 9 8 1 年至1 9 8 6 年，原地质矿产部将“中国西南、西北崩滑灾害 与斜坡稳定性研究”列为专题进行重点攻关：1 9 8 6 年至1 9 9 0 年三峡工程将库岸稳定性 列为专题进行研究。这期间，在系统科学方法论的指导下，对边坡岩体的赋存环境、 坡体结构、内部应力状态、变形破坏机制、影响稳定性的因素等进行系统研究，形成 了较为系统的边坡稳定性研究思路；边坡变形破坏的地质模式得到了进一步的补充和 完善( 王兰生等，1 9 8 2 ，1 9 8 9 ；孙玉科等，1 9 8 3 ) ，针对不同的地质模式提出了一些相应 的稳定性计算方法( s w a m ，1 9 7 9 ，1 9 8 1 ；黄润秋，1 9 8 8 ；王兰生、陈明东，1 9 8 9 ) 数值和 物理模拟手段也被引入边坡研究中，人们借助有限元法、离散元法、地质力学模型试 验等再现边坡变形破坏的全过程，从整体上、内部作用机理等方面对边坡进行全面的 认识和评价；利用统计热力学理论、灰色系统理论、数量化理论、概率论与数理统计 等，探索了边坡稳定性的预测预报方法。可以说，这一阶段是边坡科学发展的高峰期。 2 0 世纪9 0 年代以来，人类工程活动在发展中国家迅速增长，人工边坡的规模和高 度不断增大，边坡稳定问题越来越突出。我国黄河小浪底水电工程、长江三峡工程、 金沙江溪洛渡水电站和雅碧江锦屏电站等重大工程的建设或论证遇到了前所未有的高 边坡稳定性问题。为此，人们对工程边坡的勘察、设计、评价、监测和加固越来越重 视。“八五 和“九五”期间，国家专门立项开展了工程边坡稳定性及其加固配套技术 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 的研究。如水利电力部的“岩质高边坡稳定及处理技术”被列为国家重点攻关项目， 国家自然科学基金委员会和中国长江三峡工程开发总公司专门将“三峡船闸高边坡的 变形与稳定”列为重大项目进行资助研究。同时，非线性科学理论、非连续介质理论、 可靠性分析理论以及计算机技术的发展，为边坡稳定性问题的研究提供了新的途径和 方法，多学科、多专业的交叉渗透研究己成为边坡研究的发展方向。可靠性分析理论、 模糊数学、块体理论、灰色系统理论、神经网络理论、分形理论、突变理论、自组织 理论以及各种复杂的数值计算方法广泛地应用于边坡研究中。边坡稳定性研究步入了 定性与定量相结合、概念模型与仿真模拟相结合、监测与反馈分析相结合的新阶段， 取得了大量成果。 纵观边坡工程同岩石力学的发展历程，岩质边坡分析形成一系列理论和方法，概 括起来，主要有以下几方面： ( 1 ) 岩质边坡研究中的岩体结构控制理论 边坡的结构一般来说都很复杂，受许多因素的影响。岩质边坡结构尤其十分复杂， 其稳定性取决于边坡的各类结构面的特征。中国科学院地质研究所孙广忠提出了“岩 体结构控制理论”，并出版了岩体结构力学，将赤平投影法和实体比例投影法应用 于边坡工程。美国华裔学者石根华提出了“关键块体理论”，南京大学等提出了岩坡优 势面控制理论，认为岩坡的变形破坏受岩坡内的优势面所控制。王思敬等把断裂力学 引入岩体结构。这些专家学者从不同的方面探索了岩质边坡中岩体结构，极大地促进 了岩质边坡结构研究的发展。 ( 2 ) 岩质边坡研究中的地质力学模型 岩质边坡的变形破坏机制和地质力学模型是反映影响岩质边坡稳定性状态的各种 地质因素的综合体现。因此，在实际工程中可以根据岩质边坡的地质模型对岩质边坡 的变形发展趋势及可能的破坏形式进行预测和评价，所以，典型岩质边坡地质模型的 建立对岩质边坡稳定性评价是非常有意义的。岩质边坡变形破坏地质力学模型不断的 补充和完善，不仅对己有地质力学模型的量化评价方法进行了探讨，而且还提出了更 为完善的岩质边坡变形破坏模式，如王兰生等( 1 9 9 2 ) 提出了边坡变形的旋转滑移一拉裂 模型，孙广忠( 1 9 9 3 ) 提出了9 种边坡变形破坏形式，即：楔形滑坡、圆弧滑面滑坡、顺 层面滑动滑坡、倾倒变形边坡、溃屈破坏边坡、复合型滑面滑坡、斜坡开裂变形体、 堆积层滑坡、崩塌碎屑流滑坡；国际上边坡破坏类型采用五分法，即：崩塌、倾倒、滑动、 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 侧向扩展拉裂和流动。这些地质模式的不断提出无疑对边坡稳定性理论的研究起到了 积极的推动作用。 ( 3 ) 岩质边坡研究中的人工神经网络方法 所谓人工神经网络( 简称n n n u e 积n e t w o 是指由大量简单神经元经广泛联接 构成的一种计算结构，是种广义的并行处理系统。人脑的认知模式被认为是一种并 行的分布模式，神经网络采用类似于人大脑的神经网络的体系结构来构造模型仿真人 的大脑功能，即把对信息的存储和计算推理同时储存在一个单元里。因此，在某种程 度上神经网络被认为可以模拟生物神经系统的工作过程。近年来，人工神经网络开始 应用于岩质边坡工程的稳定分析和评价，对于解杂的岩质边坡系统工程的稳定性问题 提供了一条新的途径。白占平针对露天矿发生的顺层滑坡，使用b p 神经网络原理，建 立了边坡系统状态识别人工神经网络模型，选择海州露天矿6 6 次滑坡实例和3 4 个典 型非失稳边坡模型作为样本进行训练和预测，取得了显著成果。 ( 4 ) 岩质边坡研究中的非确定性分析方法 岩质边坡研究中的非确定性分析方法是指在定性分析方法和定量分析方法的基础 上，由于学科之间的交叉渗透而出现的一些新的理论和方法。如可靠性分析法、模糊 分级评判法、系统工程地质分析法、灰色系统理论分析法等，这些理论和方法的出现， 使人们可以更全面地反映岩土边坡工程中存在的各种模糊、不确定性因素。 在岩质边坡稳定性分析中，传统的极限平衡理论是根据静力平衡原理来分析边坡 各种破坏模式下的受力状态，并根据抗滑力和下滑力的关系来评价边坡的稳定性；而 在一些边坡工程中，安全系数大于1 的边坡发生了失稳破坏，安全系数小于1 的边坡 反而处于稳定状态，这种情况发生的主要原因是极限平衡法计算中选用的各种参数往 往是确定的或线性变化的，忽视了计算参数的不确定性和随机性，而以基于概率论的 可靠性分析法为代表的非确定性分析方法正是注意到了这些，并越来越受到人们的重 视。 ( 5 ) 岩质边坡研究中的数值计算和仿真技术 岩质边坡研究中应用数值方法进行边坡工程的计算具有下列特点： a 由于边坡具有复杂的边界条件和地质环境，如岩土体的非均匀性、非连续性，造 成边坡工程的非线性等特性，这些问题要采用弹塑性理论和极限平衡分析解决，数值 方法可以方便的解决上述问题。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 b 数值方法可以得到边坡的应力场、应变场和位移场，非常直观的模拟边坡的变形 破坏过程。 c 数值方法适用于分析边坡工程的分步开挖，边坡岩土体和加固结构的相互作用， 地下水渗流，+ 爆破和地震等因素对边坡稳定性的影响。 d 数值分析能根据岩土体的破坏准则，确定边坡的塑性区或拉裂区域，分析边坡的 累进性破坏过程和取定边破的起始破坏部位。 e 采用离散元法可以仿真边坡整体的滑动过程，对于预测边坡的破坏规模和重要意 义。 这些年来，朱维申、卓家寿等许多专家从国外引进和自行研制了许多切实可行的 数值分析方法用于解决边坡工程的计算。与此同时，随着数值分析方法的不断发展， 出现了不同数值方法和相互耦合，如有限元、边界元、无限元、离散元和块体元等的 相互耦合，数值解和解析解的结合，以及非确定性数值方法，如随机有限元、模糊有 限元、概率数值分析等方法。这些方法的耦合能够充分发挥各自的特长，解决复杂的 地质工程问题f 5 , 7 , 1 1 , 1 7 - 2 5 。 1 3 主要研究内容及技术路线 1 3 1 研究内容 1 边坡地质环境分析研究，在充分收集和利用区域地质、气象、水文和地震活动 资料的基础上分析边坡所处环境对边坡的影响及其对边坡稳定的控制作用。 2 桥位区岩体结构面特征研究，根据边坡岩体结构和岩性及卸荷特征等岩体质量 分级并进行评价。 3 边坡稳定性分析评价，采用刚体极限平衡理论和有限差分数值计算评价边坡在 降雨和地震作用下的稳定性。 4 桥基边坡治理方案，据桥型方案、桥基位置及稳定性分析得出边坡治理的合理 方案。 1 3 2 主要技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 要壹苎堡兰耋里圭罂耋耋兰簦堡兰苎：至 第2 章区域及桥位区地质环境 2 1 自然地理特征 2 11 地理概况 龙江特大桥位于保山腾冲二级公路龙江桥下游约6 k m 的龙江中游河段，桥轴线 走向3 0 7 。桥位区行政划属保山市，东、西两岸分别属龙陵县龙江乡和腾冲县五台乡 管辖，北距五合乡直线距离约3 k m ，南距龙江多直线距离约95 k m 。桥位区两岸均有县 乡公路通过，上游约28 k m 有龙安桥连接两岸交通。自桥位区经五合至保腾二级公路 里程约1 2 k r a ，至腾冲公路里程约4 4 k m ：经龙江至3 2 0 国道里程约4 6 k i n ，至龙陵公路 里程约6 8 k m ，交通较为方便。 ：一置二，；= 霜0 # 田 a a 啦占 自_ ” m “* ， _ 。暑，翟二蒌龙：，乏，”，。，8 ：婴m = 回 r 一，t ”= 1 4 一 # g * x i 。* 圈2 - i 龙江特大桥地理位置 2 l2 气象、水文 桥位测区地处北亚热带气候区光照丰富，雨量充沛，年温差小、日温差大，干、 雨季分明，气候宜人，具有明显的高原山地季风气候特点。据腾冲气象站资料，年平 均气温1 48 ，历年3 一1 1 月平均气温均在1 4 c 以上，其中5 9 月高于2 0 + c ，极端最 高气温4 04 c ；1 2 月至翌年2 月份平均气温较低，但也在7 一i o c 间，极端最低气温4 , 2 。区内气候垂直分带明显气温随海拔高度增高而降低，但南坡暖干北坡，东背风 馨， 一 ， ； 煳 骶 啪 耋 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 坡暖于西迎风坡，深切的狭窄河谷暖于开阔坝区，每年1 1 月至次年4 月，高黎贡山顶 有霜降和积雪，龙江河谷区则温暖如春。本区降雨受孟加拉湾暖湿气流控制，每年5 1 0 月为雨季，1 1 月到次年4 月为旱季。腾冲地区年平均降雨量1 3 5 0 1 5 0 0 m m ，最大为 2 3 0 0 m m ，8 0 以上集中在雨季；雨季月平均降雨量1 2 0 2 6 0 m m ，山区可达1 0 8 8 m m ， 最大一日降雨量1 0 0 8 m m 。龙江河谷区年降雨量一般小于1 6 0 0 r n m 。 龙川江发源于腾冲县北部中缅边境，沿高黎贡山西侧由北向南流至腾龙桥后转向 西。腾龙桥水文站以上龙川江汇水面积3 4 8 7 k r n 2 。据观测资料龙川江平均水位4 3 3 m ， 最高水位与最低水位相差5 2 4 m ，水位变幅较大；年平均流量1 4 9 m 3 s ，年平均径流量 4 7 2 亿m 3 ，最大流量是最小流量的7 7 倍，是平均流量的8 倍。属典型的山区性河流， 为降雨补给，河水流量与降雨量在时间上相一致，6 - - - 8 月份流量为峰期，最小流量出 现在3 , - - 4 月份。自芒棒至龙江的工作区一带，龙川江河面宽4 0 5 0 m ，河床平均纵坡 降3 左右。沿河两岸支流水系较为发育，多呈树枝状展布，局部呈环状。支沟汇流面 积一般几至十几平方千米，大多源短流少。较大支流如打柴河、大勐柳河等切割深， 中下游沟床纵坡降大多在5 0 o 1 0 0 ，枯季流量一般8 3 5 i _ , s ；短小支流纵坡降可达 2 0 0 。以上，久旱多断流。大桥轴线处的江水位标高平均为11 8 1 2 1 m ，最高水位线标高 11 8 4 8 0 m 。 2 2 区域地质环境 2 2 1 地貌类型 桥位测区处于高黎贡山西侧，芒棒盆地南部，为一山间盆地地貌，总体地势北高 南低，两侧高中间低，龙川江呈近南北向纵观盆地。区内最高点位于测区东北高黎贡 山西侧，高程2 4 5 1 m ，最低点位于测区南部龙川江河床，高程11 4 0 m ，相对高差达1 3 1l m 。 测区东部边缘高黎贡山西侧的山脊、山包一般高程在1 8 0 0 2 1 0 0 m 之间，中部熔岩台 地和河谷区一般高程为1 2 0 0 - 1 6 0 0 m 。受构造控制，山川呈南北向带状展布，加之新 构造运动强烈，导致测区内地貌具有多层性特点。根据成因类型及形态特征，将测区 地貌划分为：1 、构造侵蚀类型( 1 ) 中山中切割陡坡类型( 2 ) 低中山浅切割缓坡地形 2 、火山堆积类型( 1 ) 火山穹丘地形( 2 ) 熔岩台地地形3 、侵蚀堆积类型( 1 ) 河湖台 地低丘地形( 2 ) 河谷陡坡地形( 3 ) 山间河谷堆积地形等七个类型。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第10 页 2 2 2 地层岩性 测区位于高黎贡山陆内造山带和新生代火山活动区，经历了多起构造运动，岩浆 活动强烈，地质情况复杂，出露地层有元古界，古生界寒武系、石炭系与二叠系，新 生界新近系与第四系。除沉积岩和火山堆积层外，还广泛出露侵入岩和变质岩。 ( 一) 沉积岩、火山岩 主要出露第四系全新统、更新统，新近系上新统芒棒组，二叠系下统空树河组三 段和石炭纪下统勐洪群上段。 ( 1 ) 第四系 全新统( g ) ：分布广泛，成因众多，岩性复杂。冲洪积卵石、砂砾石主要分布在 龙川江河谷及大勐柳、清河街等地支流宽谷内；坡洪积、泥石流堆积的漂块石、含砾 粘性土主要分布在较大支流沟口和沟道内；坡残积碎块石土、粘性土广泛分布于缓坡、 台地地表；河谷陡崖下多有崩塌的块碎石堆积，另有滑坡堆积之块碎石零星分布。 更新统( g ) ：其堆积物除陆源碎屑外，尚有大量的火山岩分布。陆源碎屑堆积以 冲洪积层( q 酬叫) 为主，残留于龙) 1 1 江- - 级以上阶地和构成二级以上阶地的坡洪积台 地区，分布零散。以漂卵石、含粘块石土为主，局部夹透镜状细砂、砾砂层。受支沟 和坡麓堆积的影响，往往混有坡洪积块碎石土，地表所见堆积混杂，粗细悬殊，分选 性差，粗颗粒以漂块石为主，多为次棱角状，少量为浑圆状，充填物为含砾粉土。 火山堆积层( q l b ) ：集中分布在测区北东云台山和南西清凉山两地，火山体岩熔 流分布面积分别约为5 k m 2 和3 5 k m 2 ，岩性以紫灰、灰绿色致密块状英安质安山岩、安 山质英安岩和角闪辉石安山岩为主，斑状结构，基质玻晶交织结构，定向一纹状构造。 ( 2 ) 新近系 上新统芒棒组( n 2 m ) ：大片分布在测区中部龙江两岸，构成芒棒盆地的沉积主体。 总体为一套半固结碎屑岩夹基性火山岩的建造，底与燕山期花岗岩呈不整合接触，顶 被第四系弱固结或松散堆积物及火山岩覆盖。以中部间夹的基性火山岩为标志，进一 步划分为3 个岩性段。 芒棒组第一段( 奶肌。) 出露于测区南北两端的龙江两岸，底与燕山期花岗岩呈不整合接触，顶与二段基 性火山岩喷发不整合关系或被第四纪更新世火山岩及冲积层覆盖。厚度2 0 1 8 2 3 8 m 。 该段间有硅藻土、炭质粘土及煤层，沉积韵律明显，但粗碎屑岩部分常呈透镜状、楔 西南交通大学硕士研究生学位论文 第11 页 状产出。 芒棒组第二段( n 2 m 2 ) 分布于测区中部龙川江两岸，呈大面积出露。岩性以一套厚层状玄武岩为主，间 夹熔渣状玄武岩，角砾凝灰岩及砂砾岩、粉细砂岩和粘土岩、炭质粘土岩，在象鼻岭 一城子山一带尚发育有沉火山角砾岩、火山集块岩。厚1 4 8 - - - - 3 8 0 m 。该段的玄武岩多 呈深灰、灰黑、灰绿色，以橄榄玄武岩、安山玄武岩为主，质纯单一，局部见柱状节 理，致密状一气孔( 杏仁) 状构造，局部见气孔( 杏仁) 含量大于5 0 的多气孔( 杏 仁) 状玄武岩，明显属陆相火山喷流的产物，象鼻岭、郎上带则属火山口环境。根 据桥位区钻孔控制和地面露头观测，玄武岩中夹有三套厚度较大、分布基本连续的陆 源碎屑岩层( n 2 m 2 s n ) ，以砂砾岩、粉细砂岩和粘土岩为主，多旋回韵律结构特征明显， 局部变为凝灰岩，显示出山间河谷湖盆型堆积之特征，也反映了火山活动具多次喷发、 溢流的特点，即碎屑岩沉积之后，发生了火山喷发，之后又堆积了碎屑岩，玄武岩中 所夹和碎屑岩中局部所见的层带状熔结凝灰岩、熔结角砾凝灰岩，则为每次火山活动 的前兆。 芒棒组第三段( n 2 r n 3 ) 主要分布于测区中部熔岩台地两侧后缘山麓地带，厚2 0 1 8 5 m 。龙川江东、西两 岸的岩性组合有所不同。西岸主要为灰、灰白色花岗质砂砾岩，间夹灰、深灰色粘土 岩、炭质粘土岩，局部夹褐煤煤线；东岸以褐红、褐黄色巨砾岩、砾岩为主，砾石成 分为片麻岩和石英片岩，粒径一般0 2 - - 0 4 m ，最大达l m ，充填物以含砾粉土为主。 该段岩层为半固结状，底既有与二段玄武岩整合接触，也可直接覆于花岗岩或变质岩 之上，砾石成分均为所在位置的下伏相应岩石。 二叠系、石炭系 测区因大面积花岗岩侵位及新生代堆积物覆盖，造成岩石地层不发育，仅在中部 龙江西岸坡麓地带有少量二叠系下统空树河组三段( 尸，矿) 、石炭系下统( a ) 及勐洪 群三段( c ，m n 3 ) 残留。p ，矿为变质粉砂岩、绢云板岩夹有少量变质石英砂岩，在近花 岗岩接触带上出现角岩化变质粉砂岩及斑点板岩等热变质岩石；c j m n 3 以含砾杂砂岩、 板岩为主，下部夹粉细砂岩，顶部为块状白云岩、白云质灰岩夹灰岩；c ，为灰、深灰 色薄一中厚层状白云质灰岩夹灰岩、大理岩。 ( 二) 侵入岩 燕山期岩浆热事件形成的花岗岩在测区及周边大面积出露，属中一晚侏罗纪至白 西南交通大学硕士研究生学位论文 第12 页 垩纪先后侵入的产物。侵入在高黎贡山中的该期花岗岩，因普遍卷入后期动力变形变 质而具变质深成岩的面貌；侵入在龙川江断裂带中的该期花岗岩虽然具片麻状构造， 但花岗结构仍保留较多，命名为片麻状花岗岩；侵位在龙川江断裂带以西的原勐连岩 体，仅局部有片理化发育，绝大部分仍为花岗岩。 侵入岩岩性基本上全为花岗岩，呈灰白色，多为斑状、似班状结构或细一粗粒花 岗结构，块状构造，在各单元接触带附近常有强绿泥石化、硅化、绢英岩化等蚀变现 象，蚀变带主要沿接触带断续延伸，一般宽几米至几十米，局部达2 0 0 m 。地表岩石风 化强烈，全一强风化层厚度一般在1 0 3 0 m 。锆石u p b 同位素年龄或r t 广s r 全岩 等时线年龄为9 卜1 2 1 6 m a ，属早白垩世一晚白垩世侵入的产物。 区内各类脉岩广泛分布，以石英脉、闪长岩脉、花岗细晶岩脉为主，另有少量花 岗斑岩脉、闪长玢岩脉、辉长岩脉、辉长辉绿岩脉和伟晶岩脉。脉体与花岗岩单元有 一定联系，如石英脉广泛分布于各单元花岗岩中，以永乐超单元最多；闪长岩脉主要 产于打苴超单元中；花岗细晶岩脉主要产于永乐超单元的晚期单元中。脉体无明显的 产出方位，多呈不规则杂乱随机分布，无规律；规模较小，宽一般几厘米至几米，最 宽几十米，个别可达l o o m 。 勐连超单元组合花岗岩主要侵入于古生代、中生代地层中，构成了芒棒盆地的基 底。其属于板块碰撞带所产生的陆壳( 熔融) 型花岗岩，岩浆源自地壳重熔( 部分熔 融) ，并有少量幔源成分混染；形成于造山期( 期后) ，同时具有一定的火山弧花岗岩 特征。蛮米片麻状花岗岩形成于同构造碰撞环境，与勐连超单元组合花岗岩为同一构 造背景下的产物，为其顶部沿断裂( 裂隙) 侵入的岩枝。 ( 三) 变质岩 测区内变质岩主要分布于熔岩台地以东的高黎贡山西坡，呈南北向纵贯整个测区 东部，北、南、东均延出测区，为著名的高黎贡山变质岩带。另外，在龙川江西岸有 少量下二叠统和下石炭统的浅变质岩残留。 测区变质岩经历多期变质作用，呈现出由东西由竹，d - - q g g 、r ，_ b 。、m r k l 咖的基本变化规律，岩石总体由变质程度较深的片麻岩、糜棱岩、混合岩一变质程 度较浅或中等的微晶片岩、大理岩、变粒岩。岩石中普遍显示的眼球状、条带状、条 纹状、片麻理等腰三角形构造，片理、片麻理方向与区域断层及褶皱一致，各种糜棱 岩、混合岩的出现及糜棱岩化现象，都说明了变质带经受了强烈挤压及多期、多次、 多种类型的变质作用。根据受变质地层时代、主期变质时期、变质作用强度及断裂的 西南交通大学硕士研究生学位论文 第13 页 自然分割，将测区变质岩划分为高黎贡山变质岩带和大平铺后山变质岩带，前者又进 一步划分为两个亚带。测区早期以区域低温动力变质作用为主，变质相系为角闪岩相、 高绿片岩相；晚期为韧性剪切动力变质，变质相系以绿片岩相和低角闪岩相为主。遭 受变质最早的是高黎贡山岩群( r ，g ) ，主变质时期为中元古代或晋宁早期：梅家山岩 群( 凡m ) 的首期变质在晋宁晚期一加里东早期，并且是一次形成本区褶皱基底的变 质作用。两者在喜山期都受到韧性剪切动力变质作用的叠加，形成广泛分布的变晶糜 棱岩、构造片岩、片状石英岩、千糜岩等糜棱岩化类、石英岩化类和千糜岩化类岩石。 早白垩世侵位的蛮米花岗岩和晚白垩世侵位的芹菜塘酸性深成岩，也在喜山期首次卷 入韧性剪切带而产生动力变质，前者受变质较轻，原岩结构保留尚好。后者被改造成 普遍具有变晶糜棱岩化结构及片麻状构造的花岗质岩石，变质类型属韧性剪切带动力 变质，变质的主期发生时间是喜马拉雅早期，与高黎贡山岩群等构造岩层所叠加的动 力变质时期相同。 2 2 3 区域构造格局 测区所处区域地质构造复杂，深大断裂、活动性断裂发育，前人从地质、地震、 区域地壳稳定性等不同角度，对测区及周边的地质构造进行过较深入的研究，积累了 大量的资料。经对前人资料的综合、归纳，结合本次勘察遥感构造解译和地质测绘获 取的资料，厘定了测区区域构造格架，详见图2 2 。 澜沧江断裂和泸水一龙陵一瑞丽断裂带控制了本区的构造格局。前者为冈底斯一 念青唐古拉褶皱系与昌都一兰坪一思茅褶皱系的分界线；后者为伯舒拉岭一高黎贡山 褶皱带与福贡一镇康褶皱带的分晃线，属二级构造单元分界线。 泸水一瑞丽断裂北段大致沿高黎贡山西坡呈近南北向延伸，进入泸水幅后与怒江 断裂重接复合为一支。在高黎贡山地区，该断裂与主要沿高黎贡山东坡展布的怒江断 裂相距较近，亦有文献将其称为“怒江西支断裂”，两断裂相互干扰、制约、利用改造、 重接复合，并各自分别控制着高黎贡山东西坡和怒江地区的各种构造形迹和沉积岩相、 变质带、岩浆岩的展布。至龙陵一带，泸水一瑞丽断裂转向南西大致沿芒市河和瑞丽 河延伸出境，总体形成弧形展布格局，并与腾冲一大盈江断裂一道构成了高黎贡山一 三台山弧形构造带，测区及腾冲火山、岩浆活动区即位于该构造带内。 泸水一瑞丽断裂带由基本平行的多条断裂组成，在遥感影像上迹象清晰，呈现为 一组平行的弧形线性弯曲构造带，两支主干断裂延伸连续、规模大，局部地段见断层 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 4 页 陡崖、断层三角面和断层谷地。断裂两盘形成明显的地质差异。沿断裂不仅有地貌上 的显示，如控制了新生代盆地的发育、错断支流水系、新生代沉积物位错等，而且有 混合岩化、糜棱岩化及碎裂岩、角砾岩带，岩石普遍碎裂，地层挤压褶皱，产状零乱， _ 一一一一一 图2 - 2 区域构造格局及济大断裂 西南交通大学硕士研究生学位论文 第15 页 小断裂发育。该断裂为一多期活动断裂，倾向各地不一，早期以压性为主，之后向压 扭性转变，到后期局部显示张扭性质。就整条断裂而言，其最近期活动是发生在第 四纪，但不同段落的最新活动时代具有显著的差异。据前人研究，泸水一龙陵段断层 泥热释光测年值为1 4 3 5 - 2 8 9