南水北调高填方渠坡土壤塑性变形稳定可靠度研究

【摘要】：随着经济社会的不断发展，人口持续增加，水资源供需不平衡矛盾日益突出，水资源短缺直接威胁着自然生态环境，而且也阻碍了经济社会的发展。我国水资源总量相当丰富，但是其分布很不均匀，呈现出东南多西北少的局面；年内分配比较集中，大多集中在夏季，冬季一般干旱少雨；年际变化相对较大；水土资源组合严重失衡。为缓解这一矛盾，上世纪50年代，我国提出了“南水北调”的构想，并逐步规划了三条调水线路，从长江调水，以适应西北、华北各地发展需要。南水北调是一项特大型跨流域调水工程，是解决我国北部用水问题而建立的特大基础措施，该项目得到了全世界广泛关注。在调水过程中，输水渠道受地形影响不少渠段为填方渠道，这些全填方、高填方渠段，形似巨大断面的地上悬河，且在远未达到沉降固结以前即将输送水流，其渠身的稳定可靠成为总干渠安全运行的关键。本文正是围绕这一主题进行展开的。 该论文以南水北调中线总干渠某标段高填方输水渠道作为研究目标，研究了高填方渠道在竣工期和输水期的变形破坏机理，并以此为基础，分析了填方边坡在不同工况下的变形稳定情况。 高填方渠道稳定分析方法诸多，可分为定性分析和定量分析。本文所应用的方法是定量分析法，运用极限平衡理论，分析了高填方边坡在施工竣工期和输水期情况下边坡的稳定性。本课题首先应用莫尔—库伦理论和概率可靠度理论计算出了土壤最小凝聚力ck和塑性可靠指标β，对黏性土高填方边坡内土壤塑性变形以及其对边坡稳定性产生的影响进行了研究。其次，使用GEO-studio软件（SLOPE/W、SIGMA/W两个模块）对边坡的变形与稳定进行了数值模拟分析。通过软件模拟，在变形分析中，从模拟结果可以看出，三种工况中满水期的水平位移值最大，变形最大。在稳定性分析中，软件对边坡进行分析时，采用通用极限平衡法（Morgenstern-Price法、 Bishop法和Janbu法）进行了计算分析，并和有限单元法的结果进行了对比分析，应用以上四种方法计算得出1/3设计水深工况的安全系数小于满水期和竣工期的安全系数。由四种方法计算的结果安全系数均大于1，可知，三种工况均处于稳定状态。