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        水位變化速率對(duì)涉水滑坡穩(wěn)定性的影響

        2016-10-21 20:41:16陽(yáng)萬(wàn)權(quán)楊潔
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年8期
        關(guān)鍵詞:數(shù)值模擬

        陽(yáng)萬(wàn)權(quán) 楊潔

        摘 要:地下水位對(duì)滑坡的穩(wěn)定性有很大影響,對(duì)于涉水滑坡,河流水位下降速率越大,地下水位滯后效應(yīng)越強(qiáng)烈,滑坡的穩(wěn)定性也就越低。文章使用傳遞系數(shù)法以及Geo-Studio系列軟件中的SLOPE/W模塊進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,對(duì)比了不同水位下降速率下的滑坡穩(wěn)定性。

        關(guān)鍵詞:滑坡穩(wěn)定性;水位變化速率;數(shù)值模擬

        地下水是滑坡穩(wěn)定性的重要影響因素之一。對(duì)于涉水滑坡,隨著河流水位的下降,坡體內(nèi)的浸潤(rùn)線也隨著下降,滑坡體內(nèi)浸潤(rùn)線隨著河流水位的下降而存在滯后現(xiàn)象,坡體內(nèi)的地下水位線一直高于河流水位,這是由于下降速度較快,坡體內(nèi)的孔隙水來(lái)不及排出,從而形成了較大的孔隙水壓力,改變了滑體的滲流場(chǎng)。同時(shí),下降速率越大,滯后效應(yīng)越強(qiáng)烈[1-4]。

        1 滑坡基本特征及穩(wěn)定性分析

        1.1 斜坡特征

        滑坡所處斜坡地貌為河流下切形成丘陵地形,斜坡坡向109°,為斜順坡,前緣高程152m,后緣高程230m,坡高約47m,坡長(zhǎng)約201m,坡體形態(tài)近直線型,中前部呈階梯狀,中部滑體滑動(dòng)后,經(jīng)人工改造,呈微凹形,前緣微具負(fù)地貌,呈洼地,臨江呈陡坎、緩坡交替的階梯狀地貌,坡體總體呈后陡前緩的坡度變化,總體坡度約12-25°。

        1.2 物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)

        (1)滑體結(jié)構(gòu)特征?;w物質(zhì)主要為粉質(zhì)粘土夾少量碎塊石,總體呈稍密、稍濕、可塑狀,可見(jiàn)塊石,但數(shù)量較少,基本為土黃色,可塑粉質(zhì)粘土,僅偶見(jiàn)塊徑達(dá)數(shù)公分至數(shù)十公分塊石,滑坡后緣斜坡堆積崩積塊石,主要為灰黑色粉質(zhì)粘土夾砂巖大塊石,大塊石塊徑一般為1.5-2m,個(gè)別達(dá)3m以上,雜亂分布后方斜坡?;w縱向上后緣薄,僅約2-3m堆積體層,向前緣漸厚至8-10m,縱向上總體近直線型。(2)滑床結(jié)構(gòu)特征。根據(jù)本次勘探成果等資料,該滑坡為沿著基覆界面的上覆土體滑動(dòng),滑床為基巖,其形態(tài)呈單斜狀,滑床由中厚層狀紫紅色泥巖與淺灰色中-厚層狀砂巖互層組成,屬于由侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)巖層,產(chǎn)狀變化不大,約為165°∠8°,與坡向相近,斜順向坡,滑床基本呈微凹直線型,滑床中后部較平直,約為10-15°,至前段稍緩,為5°左右?;舱w穩(wěn)定性較好。(3)滑帶結(jié)構(gòu)特征。主要為沿著基覆界面的松散層坡殘積粉質(zhì)粘土夾碎塊石,滑床與滑體物質(zhì)呈不整合接觸關(guān)系。

        2 不同水位下降速率下滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

        2.1 計(jì)算方法

        2.2 計(jì)算模型

        首先在各種工況下的計(jì)算剖面上按滑面產(chǎn)狀、巖土性質(zhì)、地下水水力坡度等因素將滑體劃分成若干垂直條塊(圖1),然后結(jié)合滲流場(chǎng)模擬得出的各工況最后一天的浸潤(rùn)線作為本次計(jì)算的地下水位線。

        2.3 計(jì)算參數(shù)

        (1)滑體重度。通過(guò)工程類比,滑坡體天然重度取值為19.75kN/m3,飽和重度為21.0kN/m3,水位以下滑體的浮重度為11.0kN/m3。

        (2)滑帶土抗剪強(qiáng)度?;聟^(qū)出露基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)的巖層,紫紅色泥巖與青灰色中厚-厚層砂巖互層,結(jié)合堆積體物質(zhì)劃分,C取13.5kPa,Φ取11°。

        2.4 分析工況

        水位以下的堆積體采用浮重度進(jìn)行計(jì)算,按水位下降時(shí)降速設(shè)計(jì)四種工況:0.6m/d、0.8m/d、1m/d、1.2m/d與1m/d組合,水位下降幅度為14m。

        2.5 滑坡地下水滲流分析

        2.5.1 模型建立

        根據(jù)地貌變化,滑坡主滑方向、滑面形態(tài)及探槽探坑揭露出的滑面產(chǎn)狀與主滑方向的縱剖面反映出的形態(tài)基本吻合,故該剖面向上的穩(wěn)定性計(jì)算,其結(jié)果能夠較為準(zhǔn)確的反映滑體的穩(wěn)定狀態(tài)。采用Geo-Studio軟件的SEEP/W模塊進(jìn)行模擬,模型共劃分617單元,661個(gè)節(jié)點(diǎn),見(jiàn)圖2。

        2.5.2 滲流模擬參數(shù)選取

        在沒(méi)有土水特性曲線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下,可采用常用的經(jīng)驗(yàn)曲線,并結(jié)合工程地質(zhì)類比法進(jìn)行綜合確定。結(jié)合滲水試驗(yàn)及經(jīng)驗(yàn)取值,滑坡滲透系數(shù)取值為:滑體K=1.8m/d,基巖K=0.079m/d。

        2.5.3 模擬結(jié)果分析

        隨著水位的下降,坡體內(nèi)的浸潤(rùn)線也隨著下降,滑坡體內(nèi)浸潤(rùn)線隨著水位的下降而存在滯后現(xiàn)象,坡體內(nèi)的地下水位線一直高于河流水位,這是由于下降速度較快,坡體內(nèi)的孔隙水來(lái)不及排出,從而形成了較大的孔隙水壓力,改變了滑體的滲流場(chǎng)。且隨著水位下降速率的增大,滯后效應(yīng)越強(qiáng)烈,也就越不利與滑坡的穩(wěn)定性,在下降過(guò)程中受水位影響的滑坡前緣水力梯度變大。且最大水力梯度發(fā)生在滑坡坡腳附近。

        按照上述工況及荷載組合進(jìn)行計(jì)算,使用傳遞系數(shù)法以及Geo-Studio系列軟件中的SLOPE/W模塊進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算的結(jié)果分別匯總于表1。

        3 結(jié)束語(yǔ)

        (1)根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果,該滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。(2)橫向比較初始水位相同條件下,不同降幅條件下穩(wěn)定性變化,可見(jiàn)在增大水位下降速率后,滑坡穩(wěn)定性總體表現(xiàn)為隨著降幅增大不斷降低。

        參考文獻(xiàn)

        [1]朱東林,任光明,等.庫(kù)水位變化下對(duì)水庫(kù)滑坡穩(wěn)定性影響的預(yù)測(cè)[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2002(3):7-9.

        [2]彭鳳,趙德君.滑坡穩(wěn)定性計(jì)算中地下水作用的處理[J].西部探礦工程,2012.

        [3]薛禹群.地下水動(dòng)力學(xué)原理[M].北京:地質(zhì)出版社,1996.

        [4]中村浩之.論水庫(kù)滑坡[J].水土保持通報(bào),1990,10(1).

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