辛亞輝，熊啟東，李成芳

（1重慶大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400045 2重慶市建筑科學(xué)研究院 重慶 400015）

1 引言

庫水位變化對(duì)庫岸邊坡巖土體產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

一是滑坡巖土體軟化，即抗剪強(qiáng)度降低。水庫蓄水后，一方面巖土體飽水軟化，由于水的潤(rùn)滑作用，土體顆粒間的摩阻系數(shù)及膠結(jié)能力降低，邊坡潛在滑動(dòng)面抗剪參數(shù)C、Φ降低，進(jìn)而降低了坡體的抗滑力；另一方面，當(dāng)水庫運(yùn)行時(shí)，庫水位反復(fù)升降，使得坡體內(nèi)出現(xiàn)循環(huán)的滲流作用，地下水滲流對(duì)坡體產(chǎn)生溶濾作用，即細(xì)小顆粒在地下水的作用下發(fā)生運(yùn)移，坡體出現(xiàn)侵蝕現(xiàn)象，坡體潛在滑動(dòng)面出現(xiàn)細(xì)觀或宏觀上的孔穴，從而使得潛在滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度降低。

二是浮托力。水位上升階段，浸沒于庫水中的巖土體受到水的浮托作用，減小了滑體的有效重量，降低了滑面的阻滑力，在庫水位陡降時(shí)，巖土體由于浮托力消失而有效重度增加，導(dǎo)致坡體失穩(wěn)破壞。

三是滲透力。水位陡降引起巖土體內(nèi)地下水滲流運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生滲透力是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的一個(gè)重要因素。庫水位陡降時(shí)，存在于庫岸邊坡巖土體中的地下水，其水位下降有一定的滯后，此時(shí)在邊坡中就產(chǎn)生滲透水壓力，造成邊坡穩(wěn)定性降低，容易誘發(fā)庫岸滑坡，特別是庫岸邊坡透水性小的時(shí)候，這種影響就更加明顯。

庫水位變化，造成滑坡推力發(fā)生變化，進(jìn)而影響著抗滑樁的內(nèi)力與變形，而這種推力的變化對(duì)抗滑樁支擋結(jié)構(gòu)的安全有多大影響，國(guó)內(nèi)外研究尚不充分。本文通過一工程案例，采用有限元數(shù)值分析方法，對(duì)這一課題進(jìn)行探討。

2 工程案例概況

重慶三峽庫區(qū)某滑坡治理工程，位于長(zhǎng)江岸邊，滑坡后緣具有明顯的圈椅狀地形，滑坡后壁地貌清晰，高程320～250m，地形坡度約400，出露強(qiáng)風(fēng)化紫紅色粉砂質(zhì)泥巖，滑體后部為滑坡平臺(tái)，坡度約80。高度220m以下為坡度170的斜坡，其中高度175m有一緩坡臺(tái)階?；w前緣剪出口位于長(zhǎng)江河漫灘之上，高程約為146m?；w的主滑方向?yàn)?500～1700，滑動(dòng)面平均坡度200左右，滑體厚度在8～28m之間，其后緣平臺(tái)及中部厚度較大，前緣相對(duì)較薄，滑體面積12萬平方米，總方量300萬立方米，屬于大型滑坡。

該滑坡體的地層巖性為:斜坡體表面為碎石土，由灰?guī)r、泥灰?guī)r塊石、碎石組成，塊石直徑20～100cm，呈棱角狀，結(jié)構(gòu)松散～稍密，稍濕。碎石土之下為粉質(zhì)粘土，坡積成因，位于滑面上則成為滑帶土，可塑狀～硬塑狀，含不均勻分布的泥巖碎石，土質(zhì)較均勻。粉質(zhì)粘土之下為泥巖。

3 數(shù)值分析

3.1 計(jì)算參數(shù)

選取一典型地質(zhì)剖面如圖1所示，其中，抗滑樁的截面為3.0×4.Om，樁長(zhǎng)為33m，滑面以上樁長(zhǎng)為20m?；麦w主要巖土參數(shù)如表1所示。

圖1 滑坡體主滑方向典型地質(zhì)剖面圖

表1 滑坡體計(jì)算參數(shù)

3.2 模型建立

利用ANSYS軟件的前處理建模型。由于垂直于典型剖面方向比較長(zhǎng)，整個(gè)模型按理想彈塑性體的平面應(yīng)變問題處理，所以采用有限元的單元類型：碎石土(滑體)和粉砂質(zhì)泥巖(滑床)均為“Quad 8node 82”單元，粉質(zhì)粘土(滑帶)和抗滑樁為“Quad 4node 42”單元。巖土體本構(gòu)模型采用Drucker-Prager模型。計(jì)算模型中采用的位移邊界條件為：左右邊界為水平向約束，底邊界為水平、垂直兩向約束，坡面為自由約束。有限元?jiǎng)澐謺r(shí)采用4結(jié)點(diǎn)4邊形單元和3結(jié)點(diǎn)3角形單元，有限元模型如圖2所示。考慮到地表降雨和地下水滲入到滑坡導(dǎo)致滑坡體浸水面積增加，滑動(dòng)面上的有效應(yīng)力降低，部分滑帶飽水后抗剪強(qiáng)度降低的影響。ANSYS分析中，用強(qiáng)度折減法來考慮這一因素對(duì)滑坡的影響，即假定抗剪強(qiáng)度的內(nèi)摩擦角和粘聚力進(jìn)行折減，即

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

圖2 有限元計(jì)算模型

ANSYS分析時(shí)，庫水位作用下的滑坡推力變化情況分三種工況進(jìn)行計(jì)算，分別得到了各工況下滑體的位移云圖及推力分布云圖，計(jì)算結(jié)果如下：

（1）第一種工況：自重+庫水位145m

ANSYS計(jì)算得到的位移云圖如圖3所示，計(jì)算得到的滑坡推力分布云圖如圖4所示。

圖3 庫水位145米時(shí)位移云圖

圖4 庫水位145米時(shí)滑坡推力云圖

從第一工況位移云圖（圖3）中可看出，滑體變形最大的部位發(fā)生在坡體后緣，變形量為24.4cm；而抗滑樁位置處變形量最小，水平最大位移為2.4cm，發(fā)生在樁頂，這些變形特點(diǎn)符合滑坡發(fā)生、發(fā)展的基本規(guī)律。

由第一工況滑坡推力云圖（圖4）中可知，沿樁身軸線，滑坡推力基本呈梯形分布，應(yīng)力逐步增加，在滑面位置處達(dá)到最大。由于抗滑樁樁身在推力作用下發(fā)生撓曲變形，致使樁頂下局部范圍內(nèi)，樁身與土體之間脫開，接觸應(yīng)力為零。

（2）第二種工況：庫水位由145m上升到175m

ANSYS計(jì)算得到的位移云圖表明（圖5），隨著庫水位的上升，滑坡坡體前后緣變形量均在增大，坡體后緣變形量為28.9 cm，與蓄水前相比，增加了4.5cm；而樁頂水平位移為4.9cm，與蓄水前相比，增大了2.5cm。計(jì)算結(jié)果表明，庫水位上升后，滑體的物理力學(xué)特性出現(xiàn)惡化，抗剪強(qiáng)度降低，變形量相應(yīng)增加。

庫水位上升后，滑坡推力分布圖式?jīng)]有發(fā)生改變，仍呈梯形分布（圖6），但樁后滑坡推力明顯增大，增長(zhǎng)幅度約23%。

圖5 庫水位上升到175米時(shí)位移云圖

圖6 庫水位上升到175米時(shí)滑坡推力云圖

（3）第三種工況：庫水位由175m下降到145m

由庫水位下降產(chǎn)生的位移云圖可發(fā)現(xiàn)（圖7），滑坡體后緣的變形量為41.7cm，增長(zhǎng)幅度較大；而抗滑樁樁頂變形量亦繼續(xù)增大，實(shí)際變形值為12.9cm，其變化幅度也進(jìn)一步增大。位移云圖同時(shí)可看出，水位陡降階段，坡體中下部變形要比坡體后緣變形量大。而從滑坡推力變化情況分析（圖8），水位下降引起的滑坡推力增長(zhǎng)幅度更大，表明滲透壓力對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響要比靜力荷載的影響更為明顯。

4 結(jié)語

本文通過一工程案例，利用ANSYS大型有限元分析軟件，模擬計(jì)算了在三峽庫水位漲落情況下，滑坡推力的變化特性，得到了如下結(jié)論：

圖7 庫水位下降到145米時(shí)的位移云圖

圖8 庫水位下降到145米時(shí)滑坡推力云圖

（1）樁后滑坡推力分布圖式呈梯形分布，滑面位置處推力最大，這一特性與天然狀態(tài)下基本一致，但在飽水狀態(tài)下，滑面處應(yīng)力有突變現(xiàn)象；水位上升階段，樁頂由于與土體脫開而出現(xiàn)接觸應(yīng)力為零的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在庫水位瞬時(shí)下降時(shí)，由于土體變形較大而消失。

（2）水位下降引起的滲透壓力對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響要比靜力荷載的影響更為明顯。

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