黄土地区公路高边坡防护研究

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1、交通部西部交通建设科技项目合同号：200131800020黄土地区公路高边坡防护技术研究成果简本陕西省公路勘察设计院长安大学2004年12月黄土地区公路高边坡防护技术研究成果简本课题承担单位:陕西省公路勘察设计院课题协作单位:长安大学课题负责人:李子青赵之胜报告编写人:赵之胜谢永利倪万魁孔金玲主要参与人员：李子青赵之胜谢永利倪万魁孔金玲史志军张亮杨晓华刘海松高凤亮王文生高德彬石昊南杨泓全颜斌报告审定：李子青赵之胜日期:2004年12月一、研究目标本项目以黄土地区重大公路工程为依托，采用“点”与“面”结合、室内试验

2、与现场试验相结合以及理论计算与实体工程验证相结合的技术手段，重点解决公路黄土高边坡稳定性评价、坡型设计、边坡防护等技术难题，提出一套适合黄土高边坡的稳定性分析、设计和防护方法，从而大大提高公路黄土高边坡设计与防护的科学性与经济性，改善公路沿线的生态环境。二、研究内容1　公路黄土高边坡地质结构模型研究；2　黄土土性参数统计分析研究；3　非饱和黄土强度实验研究；4　公路黄土高边坡稳定性分析研究；5公路黄土高边坡推荐设计坡型研究；6　公路黄土高边坡防护技术研究；7公路黄土高边坡防护决策支持系统研建。三、研究工作所取得的

3、主要科技成果本项目通过对陕西、甘肃、宁夏、青海、山西、河北和河南七省区黄土丘陵、黄土塬、黄土梁峁及高阶地区已建公路高边坡的现场调查、勘测、现场试验和系统的室内试验与分析计算，历时三年多，主要在九个方面取得了进展，总结如下：1黄土地区公路工程地质综合分区研究在现场调查和总结前人研究成果的基础上，系统研究了黄土高原区的自然地理环境、地形地貌、地层特征、地质构造以及黄土的工程特性，编制了黄土地区公路工程地质图（1：2000000），参考原公路路基规范，划分出东南区（Ⅰ区）、中部区（Ⅱ区）、西部区（Ⅲ区）、北部区（Ⅳ区）

4、等四个工程地质区。重新统计了各区黄土的主要物理力学性质指标，是对原路基规范的补充和完善，为黄土地区的公路工程建设提供了宝贵的基础资料。2公路黄土高边坡地质结构模型研究对黄土地区高速公路和一级公路，以及国道307、309、310、312、316、210、211、212、108、109等进行了现场调查。调查线路总里程近10000km，实测公路黄土高边坡251处，编制出黄土高原地区公路高边坡分布现状及坡型图（1：2000000）。依据黄土的成因时代、物质组成、结构构造及水文地质条件等，将黄土地区公路黄土高边坡划分为八大

5、类，分别为新黄土单一结构（Ⅰ）、新老黄土组合型（Ⅱ）、老黄土单一结构型（Ⅲ）、老黄土与古黄土组合型（Ⅳ）、老黄土与红粘土组合型（Ⅴ）、黄土与基岩组合型（Ⅵ）、新黄土与阶地冲积层组合型（Ⅶ）和老黄土与红粘土及基岩组合型（Ⅷ）。编制出黄土地区公路高边坡地质结构类型图（1：2000000），总结了各地质结构模型的分布规律和特征，这对公路黄土高边坡稳定性分析以及防护设计都具有非常重要的实际意义。3黄土土性参数统计分析研究采用传统法和规范法对各区黄土的主要物理力学指标进行了统计分析，结果表明新、老黄土的物理指标变异性低，其

6、标准值与均值相差不大，但抗剪强度指标和的变异性很大，依勘察规范所计算的标准值比均值成倍减小。因此在黄土高边坡设计中，黄土的物理指标可按标准值选取，而抗剪强度指标不宜采用标准值。黄土层与古土壤层无论从物质组成，还是从物理力学性质均表现出明显的差异。在古土壤底部的钙质结核层位，锥尖阻力成倍增大，有明显的峰值。因此，黄土土性的空间自相关距离从宏观上说应与其分层厚度基本一致。由于新黄土（Q3）和老黄土（Q22）的层厚较大，古土壤层少而薄，因此在黄土高边坡稳定性分析中，可作为均匀土层对待。而对古土壤层较多的老黄土（Q12）

7、和古黄土（Q1）应在详细研究其空间自相关性的基础上进行统计分析，或近似按厚度加权平均值选用。钙质结核层的存在对土体的稳定性是有利的，也应给予足够的重视。4非饱和黄土强度特性研究①通过大量室内试验，研究了非饱和黄土抗剪强度、结构强度与基质吸力（含水量）之间的关系，首次提出了用结构强度表示的抗剪强度公式：式中为结构强度；是与土的结构有关的一个参数，反映出了结构强度对不稳定粘聚力的贡献。对于粉土、粉细砂、细砂、饱和土来说，粘聚力很小或者几乎没有，这时数值等于1.0，而对于粉质粘土和结构性黄土来说，数值大于1.0。该公式

8、计算简单，参数确定简易，在实际工程中将有着广泛的应用前景。②在控制吸力的非饱和黄土三轴试验研究基础上，把结构强度引入非饱和土的非线性模型中，提出了一个较完整的非饱和黄土的非线性模型，③采用先进的三轴CT试验技术，研究了原状Q3和Q2黄土剪切过程中的细观结构损伤规律，认为原状非饱和Q3黄土的应力应变关系曲线是一种强硬化型，而Q2黄土的应力应变曲线是弱硬化型。5首次开展了原状