基于滲流場和應(yīng)力場耦合作用的岸坡穩(wěn)定性分析.pdf

1、庫岸滑坡問題是水庫蓄水誘發(fā)的災(zāi)害之一，隨著大型水利工程的興建，岸坡險(xiǎn)情分布范圍擴(kuò)大，岸坡在水位變動(dòng)下的穩(wěn)定問題越來越受到學(xué)術(shù)界和工程界關(guān)注。目前，許多岸坡的研究工作中，滲流分析和應(yīng)力分析是分開單獨(dú)計(jì)算的，但是只要有水的地方，應(yīng)力場和滲流場就會(huì)相互影響、相互作用，處于一種復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變化過程中，構(gòu)成了流固耦合關(guān)系。本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，基于極限平衡理論和滲流場-應(yīng)力場耦合理論對(duì)一水庫近壩區(qū)的一實(shí)際古滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。首先采用極

2、限平衡法進(jìn)行穩(wěn)定分析，然后基于滲流場-應(yīng)力場耦合理論建立數(shù)學(xué)模型并求得其有限元解，通過對(duì)各種工況下的岸坡穩(wěn)定進(jìn)行基于耦合理論的數(shù)值分析，研究水位變動(dòng)下岸坡的穩(wěn)定狀態(tài)，并根據(jù)分析結(jié)果提出了加固方案。計(jì)算結(jié)果表明，加固后的邊坡可以應(yīng)對(duì)各種設(shè)計(jì)工況，滿足穩(wěn)定要求。論文主要研究內(nèi)容與成果如下：
　?。?）水庫第一次蓄水條件下岸坡穩(wěn)定性預(yù)測。水庫蓄水會(huì)提高滑坡體內(nèi)的地下水位，改變?cè)械臐B流場，隨著滲流區(qū)域增大，沿滲流方向的動(dòng)水壓力將增大岸坡

3、的下滑力，又因?yàn)榘镀缕履_被淹沒，水下土體抗剪強(qiáng)度衰減，岸坡的抗滑力將被削減，使得岸坡前緣存在滑動(dòng)危險(xiǎn)。本文分析結(jié)果顯示，岸坡前緣在水位上升過程中產(chǎn)生了趨向水庫方向的較大位移，形成明顯的滑動(dòng)區(qū)域，坡體前緣局部失穩(wěn)。邊坡整體安全系數(shù)也隨水位上升明顯下降到低于規(guī)范要求。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可知岸坡在水庫第一次蓄水過程中將處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
　?。?）坡腳滑動(dòng)對(duì)岸坡穩(wěn)定性的影響分析。分析表明，水位上升導(dǎo)致坡腳局部滑動(dòng)后，岸坡原來的平衡狀態(tài)被打破，

4、應(yīng)力場將重新分布，坡體中上部因失去坡腳土體的支撐可能沿著古滑動(dòng)帶產(chǎn)生下滑，存在復(fù)活的危險(xiǎn)。本文分析結(jié)果揭示了水位上升過程中岸坡中部、下部古滑動(dòng)帶處剪切變形區(qū)域擴(kuò)大，貫通坡腳，坡體有沿著古滑動(dòng)帶向水庫方向滑動(dòng)的趨勢，岸坡整體安全系數(shù)因前緣坡腳失穩(wěn)從1.759降至0.992。由此可知，若岸坡前緣失穩(wěn)，中上部坡體失去支撐而沿古滑動(dòng)帶整體下滑，將形成牽引式滑坡。
　?。?）坡腳加固對(duì)岸坡穩(wěn)定性的作用。為防止岸坡牽引式滑坡的形成，本文建立了

5、對(duì)岸坡坡腳進(jìn)行壓重加固的數(shù)值分析模型，計(jì)算結(jié)果表明，無論是水庫蓄水還是水位驟降，岸坡的位移量都明顯減少，坡腳沒有形成滑動(dòng)區(qū)域，也沒有局部滑動(dòng)的趨勢。雖然滑坡體沿古滑動(dòng)帶有局部、少量的剪切變形帶，但對(duì)于坡體整體穩(wěn)定、坡體前緣局部穩(wěn)定都沒有造成明顯的不良影響。由此可知，坡腳加固的措施能夠有效地增強(qiáng)坡腳材料的抗剪強(qiáng)度，提升坡腳抗滑力，從而遏制牽引式滑坡機(jī)制的形成，加固后岸坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。
　?。?）基于變形監(jiān)測的邊坡預(yù)警系統(tǒng)研究。由于實(shí)

6、測元件方面的制約，目前邊坡監(jiān)測的內(nèi)容一般是針對(duì)監(jiān)測點(diǎn)位移，很少有針對(duì)材料強(qiáng)度進(jìn)行的監(jiān)測，但是邊坡穩(wěn)定性的判別模型和方法一般是基于材料的強(qiáng)度，這就存在一個(gè)明顯的不銜接。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本文從簡單適用的原則出發(fā)，以現(xiàn)行規(guī)范推薦的極限平衡法為基礎(chǔ)，初步建立了考慮強(qiáng)度-應(yīng)變軟化關(guān)系的邊坡穩(wěn)定預(yù)警系統(tǒng)。然后以一簡單邊坡為例給出了基于變形監(jiān)測資料的穩(wěn)定預(yù)警流程。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步結(jié)合有限元技術(shù)對(duì)此預(yù)警系統(tǒng)的平臺(tái)進(jìn)行了擴(kuò)充，使之可容納更多如流固耦合