风荷载作用下输电线塔-高边坡的稳定性分析

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1、武汉理工大学硕士学位论文1．1引言第1章绪论随着我国经济建设的快速发展，高速公路逐渐向山区扩展延伸，势必会因复杂的地形地貌出现一些高边坡。高速公路施工中边坡失稳事故的发生，造成极大的经济损失及社会影响。高边坡的稳定性已成为制约高速公路建设的主要问题，其稳定性影响一般分为两部分：一部分是岩土体本身结构、地质构造、地层岩性、地下水等因素；另一部分则是人为扰动，如开挖坡度、开挖高度、施工次序等原因。高边坡由于其构造的复杂性，使得边坡稳定性成为公路施工中的关键。在高速公路路线设计中，某些建筑物或结构物，如输电线塔等，不可避免地会出现在高边坡附近。当建筑物或结构物位于边坡体坡顶，且离坡面较近时

2、，由建筑物或结构物产生的荷载会直接通过基础施加到坡体上，对坡体以及结构本身的安全稳定性会产生影响甚至危害。1．2本文研究背景及意义边坡是人类经济和工程最常的地质环境之一，边坡的稳定性问题是土力学的三大经典问题之一。边坡由于自然或人为的原因，出现的滑坡、倒塌等危害问题与地震、火山并称为三大地质灾害，给人类的经济财产及安全带来极大的影响。由于领域的不同，目前对坡体的概念还没有一致的定义。关于坡体的不同理解，一般认为，山坡是指由自然剥蚀形成自河谷底部至山顶的有一定厚度及形态与不同坡度的山体外层岩土体；斜坡是山坡中的某一段，具有一定厚度和坡度的岩土体；滑坡是斜坡沿着一定的滑动带(或面)滑动的

3、现象；边坡是指人工开挖形成的有一定坡率、厚度和坡体形态的斜坡；高边坡是指凡是高度大于30米的岩质边坡和高度大于20米的土质边坡、由人工开挖、具有一定坡率和坡体形态的边坡。为满足工程需要对边坡进行改造的工程统称为边坡工程。n¨2¨3¨钉在铁路、水利、矿山、公路等建设中，高边坡问题早已存在，而且一直是重点研究对象。特别是随着改革开放以来，自1988年中国第一条上海至嘉定高速公路建成以后，我国高速公路建设飞速发展，至2010年高速公路通车总里程已突破6．5万公里。受地形地貌影响，位于中西部地区的多数高速公路要穿越山区，路面的开挖造成了大量的高边坡，对周围地质环武汉理工大学硕士学位论文境的平

4、衡形成影响甚至带来滑坡、山体崩塌等破坏。由于高边坡本身的地质构造复杂，危险滑动面潜藏，再加上勘察精度的限制等原因，使得高边坡的地质问题在勘察及设计阶段较难暴露。通常造成设计方案与实际不符，不能恰当地满足边坡稳定性要求。而随着公路交通体系的不断完善、工程数量的增多、规模的增大、速度的加快、范围的扩大，高边坡问题的出现日渐增多。因此加强高速公路边坡的稳定性分析并采取相应支护措施的问题已迫在眉睫。广贺高速公路是二连浩特至广州高速公路的其中一段，它从广州通往贺州，是构筑广东大珠三角，并连通祖国大西南的主干线，也是连通“珠三角’’和广西壮族自治区的重要通道。其中三水至四会段公路主要为土质与类土

5、质边坡，局部出现岩石边坡。沿线地形地貌复杂，部分路段为丘陵地带，高边坡数量较多。位于第六标段K24+583～K24+810右侧处的高边坡达到了66m的高度，成为该路段最高的边坡，且在K24+685右侧119m高处有一高压输电线塔，对边坡的安全具有极大的威胁。该高边坡的稳定性状况，将影响整个工程建设的安全与进程。为研究分析输电线塔～高边坡的稳定性，论文从位于高边坡坡顶的输电线塔考虑，分析由风荷载引起的高压输电线塔振动作用对高边坡的稳定性影响，以获得相关研究成果，为该高边坡的施工及加固提供指导。1．3边坡稳定性分析研究方法边坡的稳定性分析是判定边坡失稳及边坡加固与所采取的支护措施的主要依

6、据，故边坡的稳定性分析成为边坡工程中最主要以及最需要解决的问题。但是受到边坡本身的地形地质条件复杂、岩土体性质不确定及周围环境变化等因素的限制，边坡稳定性的判定并非易事。自从瑞典人Pettersonb1于1915年开始采用条分法对边坡的稳定性进行分析，边坡工程的研究得到广泛发展。边坡的研究理论是建立在土力学与岩石力学基础上的，二战前后，边坡问题还属于土力学范畴，直到1959年法国Malpasset坝左岸南坝肩出现岩体崩溃现象，以及1963年位于意大利的Vajont坝上游左岸库岸的边坡滑坡现象，促使人们认识到边坡破坏时的力学机理研究不足。至1967年人们第一次将有限元应用于边坡稳定性分

7、析，为定量分析边坡稳定性提供了条件，并逐步过渡到数值分析方法，使得边坡稳定性分析进入模式机制和作用过程研究。其后，随着大规模工程的开展，现代技术的快速发展，使人们在进行边坡稳定性分析时将传统的边坡工程地质学与现代数学力学和岩土力学结合起来，形成现代的边坡工程学。各种新技术，如2武汉理工大学硕士学位论文模糊数学、灰色理论、系统工程学、分形理论、混沌理论等都应用于边坡的稳定分析研究中，为边坡工程的分析提供了新方法、新理论。边坡稳定分析方法种类繁多，现代分析的数