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        強(qiáng)降雨條件下某棄土場邊坡穩(wěn)定性研究

        2019-12-02 02:39:54
        山西建筑 2019年21期
        關(guān)鍵詞:分析

        李 智

        (中國地質(zhì)大學(xué)(武漢),湖北 武漢 430074)

        0 引言

        在山區(qū)鐵路工程建設(shè)施工中,不可避免的要設(shè)置大量的棄土場來滿足棄土處置的需要。由于棄土場是靠自重壓實的人工堆積體,往往結(jié)構(gòu)松散,孔隙率高,降水入滲快,處于欠固結(jié)狀態(tài)[1]。戚藍(lán),王守甲等[2]基于飽和—非飽和滲流理論和三維模擬技術(shù),以天津“720大暴雨”為典型,探討了降雨強(qiáng)度和降雨類型對邊坡滑移特征時空分布規(guī)律的影響。袁偉濤[3]利用Geo Studio對降雨入滲路基濕度場演變過程進(jìn)行模擬試驗分析。

        該文以深茂鐵路某棄土場邊坡為例,在野外勘察、室內(nèi)試驗的基礎(chǔ)上,用數(shù)值模擬方法對比分析降雨前和降雨后邊坡內(nèi)部滲流場和穩(wěn)定性系數(shù)的變化規(guī)律。

        1 工程概況

        1.1 棄土場基本特征

        廣東省臺山市深茂鐵路某棄土場,地處剝蝕丘陵區(qū)及山間谷地,地勢較起伏,自然坡度20°~30°,最大高差約15 m,棄土方量約8.9萬m3。棄土來源于正線路塹挖方,成分以粉質(zhì)黏土夾碎石為主,碎石粒徑1 cm~5 cm,局部有花崗巖塊石,塊石粒徑6 cm~10 cm,欠固結(jié)。

        1.2 數(shù)值模型的建立

        根據(jù)棄土體的堆高、坡率、平臺、排水等情況,結(jié)合棄土場原地形、周邊敏感點重要性等,選擇最不利剖面,構(gòu)建數(shù)值分析模型。

        本次計算參數(shù)根據(jù)試驗數(shù)據(jù)及工程類比法和經(jīng)驗值綜合考慮選取。棄土體及基底地層物理力學(xué)參數(shù)詳見表1。

        2 棄土場穩(wěn)定性分析

        應(yīng)用Geostudio軟件中的Seep模塊來模擬分析棄土邊坡在不同降雨工況下的滲流特征。在不同降雨工況條件下,分析降雨過程中隨時間變化時棄土邊坡內(nèi)部的滲流特征,用Slope模塊來進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

        2.1 模擬工況

        選取以下四種降雨工況進(jìn)行棄土場的穩(wěn)定性分析(見表2)。

        表2 降雨工況

        2.2 邊坡滲流特征分析

        利用Geostudio中的Seep/W模塊對暴雨工況下棄土場邊坡內(nèi)部孔隙水壓力的變化規(guī)律進(jìn)行探討。

        2.2.1天然狀態(tài)

        天然狀態(tài)下模型邊坡的孔隙水壓力分布情況如圖1所示。

        從圖1可以看出,受原始地下水位的影響,邊坡內(nèi)部孔隙水壓力分布較為規(guī)律,水位線以下孔隙水壓力為正值,并依次增大,最大超過了250 kPa;水位線以上孔隙水壓力為負(fù)值,也是基質(zhì)吸力存在的原因,且絕對值依次增大,基質(zhì)吸力的存在對邊坡內(nèi)巖土體的滲透系數(shù)有很大的影響。

        2.2.2降雨結(jié)束

        從工況一到工況四,隨著降雨時長的增加,雨水的入滲量越來越大,邊坡的負(fù)孔隙水壓力區(qū)逐漸減小,即邊坡的基質(zhì)吸力在不斷減小。分析造成這種情況的原因可能是:工況一降雨強(qiáng)度大但持時短,雨水流失情況較嚴(yán)重,故雨水入滲量較??;工況四降雨強(qiáng)度小但持時長,雨水充分入滲。

        2.3 降雨工況邊坡穩(wěn)定性

        在降雨工況下三種方法計算得到棄土體邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)結(jié)果及所處狀態(tài)如表3所示。

        表3 暴雨工況棄土體邊坡穩(wěn)定性結(jié)果

        模擬結(jié)果顯示,在暴雨工況下,連續(xù)降雨1 h時,用3種不同的計算方法(即Ordinary,Bishop和M-P方法)得到的邊坡安全系數(shù)最小值1.071。同樣,連續(xù)降雨6 h時,邊坡安全系數(shù)最小值分別為1.069;連續(xù)降雨24 h時,邊坡安全系數(shù)最小值為1.058;連續(xù)降雨72 h時,邊坡安全系數(shù)最小值為1.031。參照穩(wěn)定性控制標(biāo)準(zhǔn)及棄土場現(xiàn)狀,該剖面的穩(wěn)定性不滿足要求。

        3 結(jié)語

        1)利用Geostudio中的Seep/W模塊研究不同暴雨條件下該棄土場邊坡滲流特征,結(jié)果顯示隨著降雨時長的增加,雨水的入滲量越來越大,邊坡的負(fù)孔隙水壓力區(qū)逐漸減小。

        2)以滲流分析結(jié)果為基礎(chǔ),利用Geo-Studio中Slope/W模塊,對該棄土場邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行探討。結(jié)果顯示:暴雨條件下,邊坡剖面安全系數(shù)最小值為1.031,剖面的穩(wěn)定性不滿足要求。

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