滲流對邊坡穩(wěn)定性的影響評述

1、滲流對邊坡穩(wěn)定性的影響評述摘要：滲流對邊坡穩(wěn)定性影響重大，本文對在滲流作用下邊坡穩(wěn)定性影響及邊坡穩(wěn)定性中考慮滲流的方法作簡要介紹。關(guān)鍵詞：邊坡穩(wěn)定性分析、流固耦合、滲流場1 前言邊坡是人類類生產(chǎn)生生活的最最普遍也也是重要要的地理理環(huán)境, 與人人們的各各種活動動密切相相關(guān)。在在人類發(fā)發(fā)展過程程中, 無時不不與它相相互沖突突、相互互協(xié)調(diào), 進而而達到相相互依存存。特別別是近幾幾十年來來, 隨著著工程活活動規(guī)模模的擴大大及經(jīng)濟濟建設(shè)的的急劇發(fā)發(fā)展, 邊坡工工程中高高陡邊坡坡穩(wěn)定性性及大型型災(zāi)害性性滑坡預(yù)預(yù)測問題題得到越越來越多多的重視視。土質(zhì)邊坡穩(wěn)穩(wěn)定向題題一直是是巖土工工程領(lǐng)域域中一項項最基本本而

2、又十十分主要要的研究究課題，科科學合理理地評價價土坡穩(wěn)穩(wěn)定性對對于確保保人民生生命財產(chǎn)產(chǎn)和保證證工程正正常運行行有非常常重要意意義。在在影響土土坡穩(wěn)定定性的諸諸多因素素中，水水的作用用是一個個至關(guān)重重要的外外在因素素。大量量事實表表明：990%以以上的土土質(zhì)邊坡坡失穩(wěn)與與水有著著息息相相關(guān)的聯(lián)聯(lián)系，尤尤其是在在各種危危險水力力條件下下由于滲滲流作用用量易引引發(fā)滑坡坡發(fā)生。2 滲流的的影響及及危害堤防、江河河水庫岸岸坡和土土石壩的的滲流穩(wěn)穩(wěn)定主要要是滲透透破壞問問題。滲滲流破壞壞可區(qū)分分為整體體破壞和和局部破破壞。整整體破壞壞即在滲滲流作用用下的岸岸坡滑坡坡穩(wěn)定性性問題，整整體穩(wěn)定定性分析析，正

3、確確考慮作作用在土土體上的的滲流作作用是關(guān)關(guān)鍵。滲滲流的局局部破壞壞主要發(fā)發(fā)生在地地下水滲滲流的集集中滲出出點(滲流方方向為自自下而上上或與壩壩坡相切切)、邊坡坡下游坡坡和基礎(chǔ)礎(chǔ)薄弱部部位。對對滲流作作用的破破壞研究究重點是是危險水水力條件件及不同同滲流方方向時允允許滲透透坡降(與局部部穩(wěn)定相相關(guān))等，采采取措施施改變地地下水滲滲流的方方向、高高度、滲滲出點坡坡降等，防防止產(chǎn)生生滲漏、管管涌、流流土和接接觸沖刷刷等滲透透變形。據(jù)據(jù)資料統(tǒng)統(tǒng)計表明明, 我國國有新老老滑坡約約30 萬處, 其中災(zāi)災(zāi)害性的的約1. 5 萬處, 每年損損失高達達1000 億元元以上。特特別是在在20008 年年5 月1

4、2 日汶川川大地震震中, 由于邊邊坡滑坡坡造成的的經(jīng)濟損損失巨大大。大量量的工程程資料和和實踐經(jīng)經(jīng)驗表明明：大壩壩在汛期期發(fā)生的的各種險險情中，大大部分是是由于滲滲透破壞壞造成的的。滲流流造成管管涌險情情等局部部穩(wěn)定隱隱患和滑滑坡等整整體穩(wěn)定定隱患。因因此，須須對大壩壩的滲流流狀況進進行監(jiān)控控與分析析，并對對其滲流流發(fā)展態(tài)態(tài)勢及時時預(yù)測與與預(yù)報，防防患于未未然。3 滲流作作用下邊邊坡穩(wěn)定定性研究究現(xiàn)狀早期的邊坡坡穩(wěn)定性性研究主主要以土土體為研研究對象象，借用用土力學學理論，形形成了一一種半經(jīng)經(jīng)驗半理理論性質(zhì)質(zhì)的研究究方法，由由于對力力學機理理方面考考慮較少少，其計計算結(jié)果果往往與與實際情情況有

5、較較大差別別。在這這一時期期，我國國滑坡失失穩(wěn)現(xiàn)象象雖然屢屢有發(fā)生生，但從從總體上上看，大大型滑坡坡并不多多，所以以此時的的穩(wěn)定性性研究尚尚處于初初期發(fā)展展階段，工工作重點點側(cè)重于于滑坡歷歷史資料料的分析析以及滑滑坡形態(tài)態(tài)的分類類，歸納納總結(jié)出出不同類類型滑坡坡的穩(wěn)定定性分析析方法和和相應(yīng)的的變形破破壞機制制。國內(nèi)學者從從事流固固耦合方方面的研研究起步步較晚，但但也陸續(xù)續(xù)開展了了一些重重要工作作。沈珠珠江首先先將固結(jié)結(jié)理論的的有限單單元法應(yīng)應(yīng)用于土土體固結(jié)結(jié)分析。陳陳平、張張有天等等以裂隙隙滲流理理論和變變形本構(gòu)構(gòu)關(guān)系為為基礎(chǔ)，提提出了巖巖體滲流流與應(yīng)力力耦合分分析方法法，并對對重力壩壩壩基進

6、進行了裂裂隙巖體體二維流流固耦合合分析。王王媛以BBiott理論為為基礎(chǔ)，提提出了以以結(jié)點位位移和孔孔隙水壓壓力為未未知量的的滲流場場與應(yīng)力力場耦合合的計算算方法。柴柴軍瑞從從土壩的的滲透特特性出發(fā)發(fā)，提出出了均質(zhì)質(zhì)土壩滲滲流場與與應(yīng)力場場耦合分分析的連連續(xù)介質(zhì)質(zhì)數(shù)學模模型。耿耿克勤、吳吳水平分分析了裂裂隙巖體體的受力力變形機機理，研研究了單單裂隙在在法向應(yīng)應(yīng)力、剪剪應(yīng)力及及復(fù)雜應(yīng)應(yīng)力條件件下的流流固耦合合特性，建建立了滲滲透系數(shù)數(shù)與應(yīng)變變相關(guān)的的流固耦耦合數(shù)學學模型，并并對拱壩壩和壩肩肩巖體的的流固耦耦合進行行了求解解。高海海鷹從工工程觀點點出發(fā)，在在對完整整巖塊的的滲透系系數(shù)忽略略不計的的

7、條件下下，借助助層面縫縫隙流運運動規(guī)律律和變分分基本原原理，建建立了裂裂隙巖體體滲流場場和應(yīng)力力場耦合合模型，提提出了運運用同一一套單元元網(wǎng)絡(luò)對對兩場進進行區(qū)域域離散的的觀點。曾曾海容、宋宋惠珍等等基于連連續(xù)介質(zhì)質(zhì)力學的的一般理理論，在在多相滲滲流理論論模型的的基礎(chǔ)上上，建立立耦合形形式的油油相壓力力、水相相飽和度度方程和和固相變變形方程程，并給給出了相相應(yīng)的有有限元數(shù)數(shù)值求解解公式。王王曉鴻、仵仵彥卿以以等效滲滲流場與與應(yīng)力場場耦合數(shù)數(shù)學模型型的混合合分析方方法為基基礎(chǔ)，進進行數(shù)值值分析，并并借助該該模型驗驗證了某某庫岸邊邊坡的耦耦合應(yīng)力力場。陳陳慶中、馮星梅等建立了應(yīng)力場一滲流場數(shù)學模型，

8、并討論了流場耦合問題的分析方法。劉建軍、耿萬東將滲流力學與彈塑性力學相結(jié)合，考慮地下水和巖土骨架之間的相互作用，建立地下水流固耦合滲流數(shù)學模型，并根據(jù)有限元原理得出其計算方法，進行耦合求解沈振中等則提出了壩基巖體粘彈性流固禍合分析模型，并對壩基開挖過程進行了模擬計算分析。陳波、李寧等在推證多孔介質(zhì)三場耦合數(shù)學模型微分控制方程的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地推導(dǎo)了6結(jié)點三角形單元的流固兩相介質(zhì)的溫度場一變形場一滲流場三場耦合問題的有限元格式?？紤]到巖土體的不均質(zhì)性以及土體的地質(zhì)沉積作用，楊林德、楊志錫等將飽和土體視為均質(zhì)、連續(xù)的各向異性彈塑性多孔介質(zhì)，根據(jù)虛位移原理推導(dǎo)出飽和土體內(nèi)各向異性滲流直接耦合的有限元法

9、計算公式，并針對直接耦合法所生成的病態(tài)方程采用MATLAB語言編寫出平面條件下的計算程序，對各向異性彈性多孔介質(zhì)中Mandel效應(yīng)進行了數(shù)值模擬分析。李培超、孔祥言等認識到Terzaghi有效應(yīng)力原理的不足之處，便從滲流力學的觀點出發(fā)，以前人的研究成果為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出基于多孔介質(zhì)的有效應(yīng)力原理。楊明舉通過對地下水封裸洞儲氣工程應(yīng)力場、滲流場以及儲氣場各自的特性及其相互作用的研究，從計算簡化的角度出發(fā)，建立了地下水封儲氣耦合問題的數(shù)學模型。4 滲流計計算原理理對均質(zhì)各向向同性土土穩(wěn)定滲滲流水頭頭函數(shù)為為:=y+P式中：y為為自基準準面算起起某點的的高度,為水的的重度,P為靜水水壓力。二維穩(wěn)穩(wěn)定滲流

10、流拉普拉拉斯方程程為: kx2式中:kxx、ky分別為為x、y向滲透透系數(shù)。在土壩上游游面=H為常常數(shù);在土壩壩下游面面,靜水壓壓力為00,根據(jù)據(jù)式(11)可得=y,在不透透水基礎(chǔ)礎(chǔ)表面n=0;在浸潤潤面上,靜水壓壓力P=0而且且無滲流流通過浸浸潤面,因此同同時滿足足5 邊坡穩(wěn)穩(wěn)定中考考慮滲流流的方法法目前在考慮慮滲流作作用時的的邊坡穩(wěn)穩(wěn)定性的的研究中中，主要要有兩類類方法：第一種方法法是首先先確定邊邊坡內(nèi)部部滲流(自由面面)的位置置，非穩(wěn)穩(wěn)定滲流流時，去去確定各各時刻滲滲流場，然然后利用用滲透力力的方法法再進行行邊坡穩(wěn)穩(wěn)定性分分析。這這種方法法的優(yōu)點點是在已已知滲流流場，特特別是在在有現(xiàn)場場

11、地下水水實時監(jiān)監(jiān)測資料料時可以以直接精精確計算算滲流力力，合理理考慮滲滲流作用用。對于于這種方方法而言言，關(guān)鍵鍵在于確確定非穩(wěn)穩(wěn)定滲流流浸潤面面，浸潤潤線的位位置直接接影響到到邊坡穩(wěn)穩(wěn)定性分分析結(jié)果果的精確確度，同同時還要要謹慎考考慮滲流流方向。第二種方法法是簡化化地下水水計算，如如常用的的替代法法，或用用直線的的地下水水水位線線代替實實際的地地下水分分布，這這些方法法的優(yōu)點點是計算算簡單，但但只能在在穩(wěn)定流流動或者者邊坡內(nèi)內(nèi)部地下下水水位位趨于直直線時才才能夠基基本接近近真實結(jié)結(jié)果，實實際也未未完全考考慮滲流流作用，同同時對于于非穩(wěn)定定滲流場場卻完全全不適合合，使用用不當可可能會造造成非常常

12、嚴重的的后果。還有一種方方法是避避開求解解非穩(wěn)定定滲流場場，直接接由下降降前的狀狀態(tài)決定定水位下下降后的的土體抗抗剪強度度進行邊邊坡穩(wěn)定定分析的的方法。這這種繞開開非穩(wěn)定定滲流計計算的總總應(yīng)力方方法，關(guān)關(guān)鍵在于于確定土土體的飽飽和不排排水強度度，再根根據(jù)水位位降落前前的法向向應(yīng)力推推出水位位降落時時的抗剪剪強度。這這種方法法的優(yōu)點點是計算算簡單，無無需計算算滲流場場，但是是缺點也也很明顯顯，就是是過于依依賴土體體的抗剪剪強度的的試驗結(jié)結(jié)果，同同時引入入了對強強度降低低后的假假定，這這在某些些情況是是非常危危險的，這這種方法法也不能能合理考考慮水位位變化的的過程中中邊坡的的穩(wěn)定性性。6 結(jié)語10

13、0 多多年來, 人們們對邊坡坡變形過過程、失失穩(wěn)形式式、失穩(wěn)穩(wěn)機制、穩(wěn)穩(wěn)定性評評價及滑滑坡預(yù)測測預(yù)報等等進行了了廣泛而而深入的的研究, 經(jīng)過過國內(nèi)、外外無數(shù)工工程地質(zhì)質(zhì)工作者者的努力力,在滲流流作用下下的邊坡坡穩(wěn)定性性分析關(guān)關(guān)鍵技術(shù)術(shù)方面取取得了較較大的進進展，土土坡穩(wěn)定定分析的的計算理理論已經(jīng)經(jīng)發(fā)展到到十分完完善，應(yīng)應(yīng)用非常常成熟。參考文獻1 HYPERLINK /KCMS/detail/%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20%20/kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=%e9

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