基于非飽和土力學(xué)理論的工程棄土堆積體邊坡穩(wěn)定性分析.pdf

1、近年來(lái)，隨著極端氣象條件的頻繁出現(xiàn)，對(duì)人類(lèi)的生存形成了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，人們對(duì)極端氣象條件下形成的地質(zhì)災(zāi)害逐漸重視起來(lái)。由于三峽水庫(kù)的修建，庫(kù)區(qū)移民遷建人口約110.56萬(wàn)人，全遷或部分搬遷的縣(市)級(jí)城鎮(zhèn)13座，鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)集鎮(zhèn)116個(gè)，庫(kù)區(qū)內(nèi)移民安置區(qū)面積15000km2。遷建過(guò)程中產(chǎn)生大量的工程棄土、棄渣，被直接傾倒于岸坡之上，在極端氣象條件下，這些工程棄土堆積體有可能發(fā)生滑坡，對(duì)遷建區(qū)的居民的生命財(cái)產(chǎn)造成影響。因此，工程棄土堆積體滑坡對(duì)極端

2、氣象條件的響應(yīng)機(jī)制研究成為一個(gè)重要的課題。本文在分析前人研究成果的基礎(chǔ)上，采用試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，以重慶三峽庫(kù)區(qū)某工程棄土堆積體為實(shí)例，分析了在極端降雨作用下，工程棄土堆積體邊坡內(nèi)浸潤(rùn)線、孔隙水壓力和入滲深度隨降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)和孔隙比的變化關(guān)系；然后分別通過(guò)修正后和未修正的穩(wěn)定性計(jì)算公式，對(duì)工程棄土堆積體邊坡不同孔隙比、不同降雨條件進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，得到了不同孔隙比下的工程棄土堆積體邊坡在不同降雨條件下的瞬態(tài)穩(wěn)

3、定系數(shù)；最后對(duì)兩種計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　 (1)分析國(guó)內(nèi)外最新研究情況，并對(duì)三峽庫(kù)區(qū)的工程棄土的顆粒曲線、天然容重、抗剪強(qiáng)度參數(shù)和土水特征曲線性質(zhì)參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究分析，表明該類(lèi)工程棄土為含細(xì)粒土礫；庫(kù)區(qū)工程棄土的飽和滲透系數(shù)隨孔隙比的增大，總體上呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。飽和滲透系數(shù)在孔隙比小于0.7時(shí)，隨孔隙比的增大趨勢(shì)較緩，反之，飽和滲透系數(shù)隨孔隙比的增大而迅速增大；飽和度低于60％時(shí)，土體的

4、粘聚力隨飽和度的增加而增大；飽和度大于60％以后，土體的粘聚力隨飽和度的增加而迅速減??；土體的內(nèi)摩擦角()值隨著土體隨著飽和度由20％增大時(shí)，呈現(xiàn)緩慢減小，飽和度超過(guò)40％后又呈現(xiàn)迅速減小，飽和度大于60％時(shí)，又趨于緩慢減小，飽和度大于80％以后，又呈現(xiàn)迅速減小的趨勢(shì)；在同一飽和度下，基質(zhì)吸力隨土體的孔隙比的減小而增加，在同一孔隙比下，基質(zhì)吸力隨著飽和度的增加而減小。飽和度達(dá)到80％以后，基質(zhì)吸力的大小不再受到密實(shí)度的影響，孔隙比大于0

5、.7081后，土水特征曲線隨飽和度的變化并不明顯。
　　 (2)利用非飽和土強(qiáng)度理論，考慮土體基質(zhì)吸力對(duì)瑞典圓弧法計(jì)算公式進(jìn)行了修正，使之同時(shí)適用于飽和邊坡與非飽和土邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算。
　　 (3)根據(jù)三峽庫(kù)區(qū)歷年極端最大降雨事件，假定工程棄土堆積體邊坡連續(xù)經(jīng)歷前期降雨(25mm/d)4天與極端降雨(100mm/d、200mm/d、300mm/d)2天，利用GEOSTUDIO(2004)軟件計(jì)算了給定邊界條件下的非飽和工

6、程棄土堆積體邊坡內(nèi)的滲流過(guò)程，得到了各個(gè)時(shí)刻坡內(nèi)部的孔隙水壓力分布情況。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明：在極端降雨作用下，對(duì)孔隙水壓力有明顯影響的幾個(gè)參數(shù)為：極端降雨強(qiáng)度與滲透系數(shù)的關(guān)系、降雨歷時(shí)。在前期降雨量相同、降雨歷時(shí)一致時(shí)，極端降雨強(qiáng)度與滲透系數(shù)越大，降雨入滲深度越大，對(duì)邊坡內(nèi)孔隙水壓力影響范圍越大。工程棄土堆積體邊坡坡腳處的孔隙水壓力變化較坡腰處與坡肩處更為劇烈，受極端降雨影響最為明顯。
　　 (4)根據(jù)不同時(shí)刻各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的含水量與

7、孔隙水壓力值，利用規(guī)范中的瑞典圓弧法與修正后的瑞典圓弧法分別對(duì)各個(gè)時(shí)刻的穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明：修正公式后的穩(wěn)定性較傳統(tǒng)的計(jì)算公式計(jì)算出的穩(wěn)定性整體有所提高，提高幅度為0.245-0.293。非飽和邊坡土體孔隙比為0.7081時(shí)：
　　 1)未修正公式時(shí)，極端降雨Ⅰ作用45.6小時(shí)以后，工程棄土堆積體邊坡穩(wěn)定系數(shù)小于1；修正公式后，極端降雨Ⅰ作用下，極端降雨作用48小時(shí)后，工程棄土堆積體邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.062。