项目名称：武当群片岩公路边坡破坏机理及防护技术研究

主要完成单位：湖北省交通规划设计院股份有限公司、中国地质大学（武汉）、交通运输部公路科学研究所

项目简介：边坡的稳定问题一直是公路工程领域研究的热点和难点。湖北省西北地区地处我国中部秦巴山区腹地的十堰市境内，公路沿线地质环境极其复杂。该区域广泛出露武当群片岩，岩体的变质程度深，岩性和结构特征复杂，且片理面间结合力较弱，岩石遇水易软化，在工程开挖作用下易形成不稳定岩质边坡。国内外针对武当群片岩边坡的研究，边坡变形破坏机理以及片岩质边坡处治技术等方面尚未形成成套技术与理论体系。因此，为保证国家工程建设施工与运营安全，迫切需要对片岩质边坡成灾机理、治理方法开展系统研究，为边坡科学设计、安全运营管理提供理论依据和技术支撑。该项目针对武当群片岩边坡稳定性与防治工程难题，运用室内试验研究手段，开展武当群片岩的基本物理力学性质、水敏性研究、抗风化能力、蠕变时效性研究，分析水、围压对片岩的变形破坏特征影响情况，建立片岩的强度折损模型和剪切蠕变本构方程。根据沿线边坡的变形破坏情况，总结武当群片岩质边坡的典型破坏形式，结合数值模拟技术，研究武当群片岩的变形破坏机理。根据不同破坏类型边坡的特点，综合运用极限平衡法和数值分析方法，提出了片岩质边坡的稳定性评价方法。依托沿线边坡的防护形式，提出了武当群片岩质边坡的复合支挡体系的设计原则、方法和施工工艺等。主要研究成果如下：

（1）研究了片岩的工程特性，分析了片岩径向剪切蠕变特性和强度折损规律，揭示了片岩边坡的变形破坏机理；通过对云母片岩开展云母片岩直接剪切和剪切蠕变试验，对其剪切流变特性进行研究，建立了改进Burgers模型；揭示了云母片岩径向位移随时间变化规律，确定了云母片岩长期强度及其参数。

（2）建立了片岩质边坡的结构面网络模型和评价体系，为片岩边坡稳定性评价及治理设计提供了理论支撑；通过分组别对各结构面参数的分布规律进行研究，建立了结构面的倾向和倾角变化分布规律正态分布数学模型及结构面间距、半迹长和张开度负指数分布模型。

（3）提出了片岩边坡的复合支挡体系的设计原则、方法和施工工艺。分析了岩体质点振动加速度和爆破层裂效应的变化规律，揭示了自然风化环境下的片岩边坡温度场和渗流场协同作用机理，阐明了水平地基系数随时间变化规律，提出了合理支护时机和最优变形量确定方法，实现了片岩边坡桩板墙预加固稳定性的有效控制。