考虑降雨入渗的齐河治理边坡三维稳定性分析_赵勇.pdf
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1、:考考虑虑降降雨雨入入渗渗的的齐齐河河治治理理边边坡坡三三维维稳稳定定性性分分析析赵勇(乌鲁木齐水文勘测局,新疆 乌鲁木齐)摘要随着岩土工程领域边坡稳定性分析的不断深入,降雨入渗情况逐步被纳入边坡稳定性分析的趋势中,相关模型试验及数值模拟方法被不断实践。本文以齐河治理项目工点边坡工程为例,利用卫星遥感数据结合 仿真软件建立了分析坡体的模型,通过结合工点岩土体参数进行了降雨情况的边坡稳定性分析,计算结果表明,降雨强度的增大会加深雨水入渗坡体的深度,孔隙水压形成先减小后怎大的趋势,边坡在降雨渗透作用下发生失稳破坏,滑坡范围在三维空间呈现椭球状,相关研究内容可为后续研究及工程提供参考。关键词边坡稳定
2、性分析;降雨渗流;数值模拟;塑性区分布中图分类号 文献标识码文章编号 ()收稿日期 作者简介赵勇(),男,河南南阳人,高级工程师,主要从事水文研究工作。引言降雨入渗问题对边坡稳定性分析是一个重要课题,由于降雨往往存在时空分布不均匀的现象,短时强降雨极易引发严重的滑坡灾害。降雨导致的滑坡主要是由于土体与渗透进坡体的雨水相互作用会引发岩土体容重增加及力学强度下降,最终影响边坡稳定性。针对降雨对边坡的稳定性影响变化情况,目前工程学界对此已进行了广泛而深入的研究。田东方引入 方程对边坡坡体的进行了一系列有限元渗流计算分析,建立相关的边界渗流方程;孙建平建立了水 力耦合数值仿真模型,分析了模型在降雨作用
3、下边坡坡体稳定性,提出了对于渗流情况下坡体稳定性计算及渗流场变化规律形式;胡冉通过建立固 液 气三相耦合模型,分析了坡体在施加降雨工况下其内部岩土体中水和气体的运动规律,描述了边坡稳定性的变化情况,揭示了渗流及气体流动对于边坡稳定性的影响规律;o 和 基于修正 模型开发出了适用于降雨工况的岩土求解软件,并利用该程序分析计算了入渗过程 中 不 同 类 型 边 坡 的 变 形 发 展 过 程;骆 文 进基 于 分析了考虑降雨工况下渗透深度及边坡坡比等因素对坡体稳定性的影响;汪益敏依托具体工程项目进行了有限元数值模拟,研究分析了对坡体稳定性具有影响的各种因素,并阐述了坡体失稳演变规律。付宏渊考虑了多
4、种情况下雨水渗透及岩体软化等因素利用数值模拟进行了边坡稳定性分析,揭示了降雨工况下边坡渗流场的时空演化规律;李宁基于 有限元软件利用 o 进行了二次开发,推导了降雨情况下有限元单元体的边界方程,编写并验证了其降雨渗流程序的可靠性,分析了降雨工况下边坡的动态变化规律,补充和增强了有限元软件对于岩土体降雨工况的分析能力。本文基于卫星遥感建模结果 有限元软件数值模拟,阐述了降雨情况下边坡坡体稳定性的时空变化规律,分析了降雨入渗情况下坡体内部位移及塑性区分布及发展趋势,为后续相关研究提供参考。工程概况乌鲁木齐河全长全长 ,流域总面积 ,多年平均径流量为 亿。乌鲁木齐河太平渠首左岸上游修建有防洪堤,防洪
5、标准低,年久失修,每年洪水都对太平渠首造成威胁和不同程度的破坏,其余段河道处于无设防状态。因洪水对岸坡的淘蚀,沿河道左岸布置的太平渠和人饮输水暗渠运行安全遭到威胁。通过对太平渠首上游河段 至下游河段 修建依岸而建 护岸工程,主要对太平渠首上下游段左岸进行有效治理,保护太平渠首的安全运行;保护太平渠及人饮输水暗渠免遭洪水侵害;保证下游所控制的 万亩耕地得到及时有效的灌溉;解决西山农牧场的人饮水安全;并为提高红岩水库的城市供水能力提供保障。三维边坡模型建立本文依托齐河治理工程,通过采集 图像数据对河道岸坡体进行测量,根据测量数据转换为点云数据并进行加工处理得到了边坡的三维模型。利用三维数据模型导入
6、 并对其进行单元网格化处理,处理后效果如图 所示,边界条件设置方式为底部设置三向约束,侧面设置法向约束。图 三维边坡模型示意图针对岩土体参数的确定,主要采用参考地勘资料结合室内试验的方法,相关岩土体参数如表 所示。针对岩土体的渗透问题,本文利用 模型结合相关区域类似工程参数,拟合计算了该边坡岩土体的土水特征曲线()及渗透函数曲线,如图 和图 所示,拟合所得参数通过 进行设置。年 月第 卷 第 期 地下水o ,o.在完成相关参数的确实及选取工作后,利用 的分析布进行模型的地应力平衡,完成 o 步后利用 文件将地应力平衡数据导入值模型中,对模型施加预定义场。表 坡体岩土体参数天然重度 杨氏模量 泊
7、松比粘聚力 内摩擦角 饱和渗透系数 图 拟合所得土水特征曲线图 拟合所得渗透函数曲线考虑降雨入渗边坡稳定性分析 降雨强度影响分析本文利用 分析不同降雨强度对坡体稳定性的影响,对坡体模型分别施加不同强度的降雨,降雨强度参数如表 所示,计算所得结果如图 所示,由图 可知,随着降雨强度的增大,其渗入土体内部的作用影响深度越深,另一方面,随着雨强增大,孔隙水压力先减小后增大的趋势逐渐不明显,在一定深度以上范围内岩土体受雨水渗透的影响减小,而在该深度以下则表现出一定的线性关系,在这种情况下,入渗影响深度向下部不断延伸,与此同时由于雨水渗透使土体逐渐趋向饱和,内部岩土体的容重不断增加,导致边坡下滑力逐渐变
8、大,当其大于自身的抗滑能力时,最终会发生坡体整体失稳破坏。表 拟施加降雨强度参数编号强度 图 不同雨强下孔隙水压力与深度关系 位移变化分析利用 计算所得位移分布云图如图 所示,由计算结果可知,最大位移位于坡体坡脚处,呈现处向四周逐渐减小的趋势,降雨作用下边坡竖向最大产生了 的沉降,沿着坡体 方向则产生了 的移动,根据图()可以看出坡体在降雨作用形成的滑坡体以及滑动界面的分布,滑动面以下范围内土体基本不发生位移。滑动面大致呈现处一条圆弧形,计算结果与实际情况较为吻合。图 位移变形情况通过坡体位移可以分析坡体在降雨作用下的变形趋势,但对于坡体内部应力及滑动面情况的分析能力有限,故下文对其塑性区分布
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