降雨條件下考慮雨水滲流的邊坡穩(wěn)定性分析

1、 降雨條件下考慮雨水滲流的邊坡穩(wěn)定性分析 摘要：針對目前邊坡滲透穩(wěn)定性研究缺少定量化的敏感性分析這一問題，根據(jù)fredlund&xing非飽和計算原理，利用geostudio軟件對某邊坡在不同非飽和參數(shù)下的滲透穩(wěn)定性進行了數(shù)值模擬，同時基于灰色關(guān)聯(lián)度理論進行了敏感性分析，結(jié)果表明：（1）降雨條件下上部監(jiān)測點孔壓隨時間呈現(xiàn)在降雨時迅速增大，而在降雨結(jié)束時刻緩慢減小的趨勢，而下部監(jiān)測點孔壓則呈現(xiàn)在降雨時刻迅速增大，而在降雨結(jié)束時刻緩慢增大的趨勢，對于同一工況來說，下部監(jiān)測點的孔壓整體上要大于上部監(jiān)測點的孔壓；（2）邊坡安全系數(shù)在降雨時迅速下降，而停雨后緩慢下降，參數(shù)a越大，整體安全系數(shù)越大，但是當(dāng)

2、a=40kpa時整體安全系數(shù)有一個突然的陡降；參數(shù)m，n，k越大，安全系數(shù)整體上也越大。關(guān)鍵詞：降雨 ；frenlund&xing ；非飽和 ；滲流 ；邊坡穩(wěn)定0 引言降雨是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素1,降雨會使得邊坡內(nèi)部水位變化，土體強度參數(shù)降低2以及滲流力指向壩坡外部3，從而加劇下滑趨勢，導(dǎo)致壩坡失穩(wěn)。對于降雨導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的例子有很多，如1963年的意大利vajoint水庫4-5，在降雨條件下發(fā)生了大規(guī)模的滑坡事件，再如我國的三峽，自建成以來在降雨條件下許多處邊坡發(fā)生了滑坡危害，降雨導(dǎo)致的邊坡失穩(wěn)會導(dǎo)致邊坡周圍的居民生命財產(chǎn)造成威脅，以及周邊的建筑物形成永久的損壞，因此，對降雨條件下的邊坡滲透

3、穩(wěn)定性的研究意義重大。本文以文獻(xiàn)15的算例為例，基于灰關(guān)聯(lián)度理論對降雨條件下不同fredlund&xing參數(shù)對邊坡滲透穩(wěn)定性的影響進行了定量化敏感性分析，研究成果為正確認(rèn)識非飽和參數(shù)對邊坡的影響規(guī)律提供了一定的參考。1 工程概況擬建的四川廣播電視臺521發(fā)射傳輸臺整體搬遷項目位于四川省內(nèi)江市東興區(qū)郭北鎮(zhèn)郭家村，周邊有無名市政道路通過。項目總用地面積75478.77m2,擬建項目平面布置上呈不規(guī)則多邊形。本次設(shè)計范圍為項目紅線范圍內(nèi)邊坡防護，邊坡安全等級為一級。據(jù)現(xiàn)場勘察及室內(nèi)土工試驗結(jié)果，場地內(nèi)分巖石裸露，巖性主要為粉砂質(zhì)泥巖(j2s)，紅褐色棕紅色，主要礦物成分為粘土礦物，含鈣質(zhì)結(jié)核，局部

4、變相為粉砂巖，構(gòu)造裂隙較發(fā)育，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀1506，近水平狀，基巖界面較為平緩。2 計算模型2.1 計算模型及邊界計算模型如圖1所示，設(shè)置上部與下部監(jiān)測點來實時監(jiān)測邊坡內(nèi)部不同點的孔壓變化。邊坡高度hf=14m，坡腳高度ac=7m，坡比為1:2，初始條件為圖1所示的初始水位線計算所得的初始滲流場作為整個計算模型的初始條件，邊界條件設(shè)置如下：cdef為降雨入滲邊界；cb，gf，ah為不透水邊界，ab，gh為定水頭邊界，分別為3m與8m。模型網(wǎng)格圖如圖2所示，整個模型共劃分為1847個節(jié)點，1752個單元。圖1 計算模型2.2 計算參數(shù)及計算工況計算時，巖體飽和體積含水量s為0.

5、1m3/m3，重度為18.6kn/m3，黏聚力c為22kpa，內(nèi)摩擦角為16，b為20。非飽和參數(shù)a，m，n，k基礎(chǔ)參數(shù)取為a=10kpa，m=1，n=4，k=0.01m/d，相應(yīng)的計算工況為改變土體非飽和參數(shù)k，a，m，n，計算邊坡的滲透穩(wěn)定性，降雨強度取為0.01m/d，降雨持續(xù)時間取為10d，考慮停雨10d的情況，相應(yīng)工況如表1所示。表1 計算工況編號計算工況非飽和參數(shù)進氣值a/kpa拐點參數(shù)m殘余含水率參數(shù)n滲透系數(shù)k/md-1aa1參數(shù)a變化10 1 4 0.01a220 1 4 0.01a330 1 4 0.01a440 1 4 0.01bb1參數(shù)m變化10 0.5 4 0.01b

6、210 1 4 0.01b310 1.5 4 0.01b410 2 4 0.01cc1參數(shù)n變化10 1 1 0.01c210 1 2 0.01c310 1 3 0.01c410 1 4 0.01dd1參數(shù)k變化10 1 4 0.01d210 1 4 0.02d310 1 4 0.03d410 1 4 0.043 計算結(jié)果分析3.1 滲流場分析不同工況下不同監(jiān)測點（上部監(jiān)測點與下部監(jiān)測點）的孔壓變化規(guī)律如圖2圖3所示。（a）參數(shù)a變化 （b）參數(shù)m變化（c）參數(shù)n變化 （d）參數(shù)k變化圖2 上部監(jiān)測點孔壓變化規(guī)律（a）參數(shù)a變化 （b）參數(shù)m變化（c）參數(shù)n變化 （d）參數(shù)k變化圖3 下部監(jiān)測

7、點孔壓變化由圖2圖3可知，上部監(jiān)測點，下部監(jiān)測點以及不同工況下的孔壓變化規(guī)律大不相同，總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)以下規(guī)律；1. 總體上而言，上部監(jiān)測點孔壓隨時間呈現(xiàn)在降雨時迅速增大，而在降雨結(jié)束時刻緩慢減小的趨勢，而下部監(jiān)測點孔壓則呈現(xiàn)在降雨時刻迅速增大，而在降雨結(jié)束時刻緩慢增大的趨勢，造成下部監(jiān)測點在降雨結(jié)束時刻不同的原因是下部監(jiān)測點的孔壓受到上部邊坡的雨水排泄作用，使得下部監(jiān)測點的孔壓在降雨結(jié)束時刻難以下降。2. 對于上部監(jiān)測點，參數(shù)a與參數(shù)m和孔壓上升的幅度呈正相關(guān)，而參數(shù)n與參數(shù)k越大，在降雨時上升越快，在降雨結(jié)束后下降也越快。3. 對于下部監(jiān)測點來說，參數(shù)m，n與孔壓上升的幅度呈正相關(guān)，參數(shù)a越大

8、，孔壓增幅缺越小，但是在參數(shù)a=40kpa時卻有一個突然的上升，參數(shù)k越大，前期孔壓上升幅度也越大，而在降雨結(jié)束后孔壓下降也越快。4. 對于同一工況來說，下部監(jiān)測點的孔壓整體上要大于上部監(jiān)測點的孔壓。3.2 邊坡穩(wěn)定性分析不同工況下的邊坡安全系數(shù)的變化規(guī)律如圖4所示。（a）參數(shù)a變化 （b）參數(shù)m變化（c）參數(shù)n變化 （d）參數(shù)k變化圖4 安全系數(shù)變化規(guī)律由圖可見：1. 不同工況下的安全系數(shù)呈現(xiàn)在降雨時迅速下降，而停雨后緩慢下降的趨勢。2. 參數(shù)a越大，整體安全系數(shù)越大，但是當(dāng)a=40kpa時整體安全系數(shù)有一個突然的陡降；參數(shù)m，n，k越大，安全系數(shù)整體上也越大。3. 參數(shù)k在降雨前期安全系數(shù)

9、幾乎一致，而在降雨后期安全系數(shù)則隨著滲透系數(shù)k 的增大而減小。4 結(jié)論1. 降雨條件下上部監(jiān)測點孔壓隨時間呈現(xiàn)在降雨時迅速增大，而在降雨結(jié)束時刻緩慢減小的趨勢，而下部監(jiān)測點孔壓則呈現(xiàn)在降雨時刻迅速增大，而在降雨結(jié)束時刻緩慢增大的趨勢，對于同一工況來說，下部監(jiān)測點的孔壓整體上要大于上部監(jiān)測點的孔壓。2. 邊坡安全系數(shù)在降雨時迅速下降，而停雨后緩慢下降，參數(shù)a越大，整體安全系數(shù)越大，但是當(dāng)a=40kpa時整體安全系數(shù)有一個突然的陡降；參數(shù)m，n，k越大，安全系數(shù)整體上也越大。參考文獻(xiàn)：1. zhang l l, zhang j, zhang l m, et al. stability analys

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