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库岸边坡非饱和渗流与稳定性分析

宋文平  
【摘要】:三峡工程的修建将大大地改变岸坡水动力环境,对斜(滑)坡稳定性产生不利影响,并由此诱发大量的地质灾害。本文以三峡库区云阳县境内西城滑坡为例研究了在暴雨和库水作用下该滑坡的渗流场和应力应变场及稳定性变化。 目前,大量采用的计算渗流场的方法是有限元数值模拟,且主要考虑的是饱和区域的渗流。实际上,非饱和区域的渗流在计算中也起着重要作用,因为非饱和区域不是完全干燥的,非饱和区域介质的物理力学特性和指标也会随着区域土体饱和度等发生变化,仅仅考虑饱和区域的渗流就不能正确反映非饱和区和整体区域的渗流情况,产生的结果不合理,也不全面。本文在进行渗流场分析时,考虑土的非饱和特性,根据非饱和土力学理论,使用有限元计算软件来完成的,然后把渗流分析结果作为应力应变计算和极限平衡稳定性计算的水力条件。 通过渗流分析可知滑坡在库水位升降和降雨条件下的渗流场符合一般渗流规律。库水位从低水位上升到高水位时,水体由滑坡体外向内入渗,滑坡体内的饱和流场是向内凹的,直至稳定后变得比较平缓;库水位从高水位下降到低水位时,水体由滑坡体内向外排泄,滑坡体内的饱和流场是向外凸的,但是滑坡体渗透性较好,外凸得不是很明显,坡内水位有明显的滞后现象,待稳定后变得也较平缓;按照工况要求,在库水位下降时降雨,从计算结果可以看出,降雨使滑坡体后部地下水位升高,加大了水力梯度,说明降雨对滑坡体内的水位有明显影响。 至于滑坡的应力应变特征,其最大水平位移和负的最大剪应变随库水位升高而增大,说明库水位对滑坡体的应力应变场明显影响。三个剖面总体水平位移不大,量级在厘米范围内,变形主要集中在滑坡前缘,其中变形最大的是Ⅰ-Ⅰ剖面,水平位移达76.49mm。三个剖面都出现了剪应变集中带,但是剪应变量值不是很大,随着库水位的变高,剪应变集中带的范围和量值都在增加。其中,在Ⅰ-Ⅰ剖面和Ⅲ-Ⅲ剖面,剪应变集中带主要分布在滑坡前缘下的滑带内,在滑带陡缓过度变化的部位机制,表明了滑带的形态影响剪应变的分布;在Ⅱ-Ⅱ剖面,剪应变集中带主要分布在滑坡前缘平台地表面陡缓转折处,范围较小,量值由表向里递减,说明Ⅱ-Ⅱ剖面受地表形态影响从而在前缘可能会发生剪切滑动形成塌岸。 稳定性极限平衡分析,即通常的条分法。滑坡稳定性变化趋势是,库水位上升时稳定性系数先增加,库水位稳定后再减小;在库水位下降时,无论有无降雨,其稳定性系数总体趋势先减小,库水位稳定后再增加;降雨改变了滑坡体内的水力条件,导致水位升高,水力梯度加大,使滑坡稳定性降低,稳定性系数减小。 随着库水位的上升,云阳西城滑坡的三维应力应变场在不断调整,其结果使位移的量级、位移高值区的范围在不断增大;在稳定库水位175m时,总位移达到最大值为171.72mm;最大位移主要分布在滑坡的右前侧;位移自滑坡前缘逐渐向后增加的趋势,变形范围逐渐扩大,总体表现为基本平行于坡面的位移;从中心剖面来看,位移有随堆积体深度增加的趋势,前缘位移主要表现为向坡外的滑移。随着库水位的上升,剪应变增量集中带沿着滑带继续向上发展,在稳定库水位175m时范围达到最大,但剪应变增量集中带后缘的集中程度相对较低,而且连通程度不高,仍未整体贯通,滑坡整体上仍处于稳定状态,但是滑坡右侧边缘附近可能会发生局部破坏失稳。 本文考虑了多种因素从多个方面来评价云阳西城滑坡的稳定性,比大多数采用极限平衡稳定性分析方法单一手段来评价滑坡稳定性,更加全面,更加合理,更具有优越性,更可信。本文首先计算云阳西城滑坡在降雨和库水位变化下的渗流场,然后基于渗流计算的地下水位依次计算了该滑坡的极限平衡稳定性和二维应力应变,在极限平衡稳定性分析时,分别分析了渗流里和非饱和强度两方面对该滑坡稳定性的影响,最后还做了三维应力应变数值计算,并且从这几个方面共同来分析评价,之间没有得出互相矛盾的结果,互相是一致统一的。


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