排水措施作用下非饱和边坡稳定性分析.pdf

第 4 9 卷第 1 期 2 0 1 3年 1月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 GA NS U WAT E R RE S OU R CE S A N D HY DR0 P OWE R T E a OLO GY Vo 1 ． 4 9． N o ． 1 J a n ． ， 2 0 1 3 设计与研究 排水措施作用下非饱和边坡稳定性分析 马春驰 ， 王祥 ( 成都理工大学 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室， 四川 成都6 1 0 0 5 9 ) 摘要： 降雨或地下水是诱发滑坡的重要 因素， 地下水的渗流分布影响了边坡的非饱和抗剪强度。文中采用非饱和有 限元渗流分析软件 ， 分析边坡在无排水措施、 排水措施作用4 0 d和 8 0 d的条件下的地下水渗流分布特征， 在此基 础上进行 了坡体非饱和强度的边坡稳定性评价 。 关键 词 ： 堆积层 边坡 ； 地 下水 ； 非饱和 强度特征 ； 排水效应 ； 稳定性评价 中图分类号： T u 4 4 l + ． 3 5 文献标志码： A 文章编号 ： 2 0 9 5 — 0 1 4 4 ( 2 0 1 3 ) 0 1 — 0 0 3 3 — 0 3 1 前言 堆积层滑坡作为滑坡类型的一种 ， 通常发生在 第 四系及近代松散堆积层 中， 其滑体物质一般 由次 生堆 积体 。 如崩积物 、 崩 坡积物及 冲积 与崩坡积混 合物堆积而成 ， 具有松散 、 大孔隙比、 透水性强等特 点。 [ 1 - 3 1 据统计 ， 堆积层边坡的失稳 ， 绝大多数是 由降 雨或地下水位的变化而引起的 ， 从而引起 了整个坡 体非饱和强度的变化 ， 文献 r4 l5 ] 对非饱和土 的强度特 征进行 了研究 。 将受地下水影响的基质吸力与土体 抗剪强度紧密联系在一起。文中就地下排水措施对 边坡渗流场的影响 出发 。 分析排水措施作用下边坡 非饱和强度特征及边坡稳定性的变化。 2 非饱和渗流微分方程及非饱和强度理论 将达西定律代入连续性方程 ( 忽略渗透过程 中 总应力的改变和土颗粒骨架的变形) ， 并 以总水头 日 作为未知变量． 当渗透的主方 向与坐标轴一致时， 可 得到非饱和土二维非稳定渗流的微分方程[ 6 ] ： 卜 专[ 等] 警 ㈩ 式中： 、 -_ 分别为 和Y方向的渗透性函数( m ／ s ) ； 日 — — 总水 头 ( m) ； 水的重度 ( k N ／ m ) ； 一 体积含水率( m3 ／ m 3 ) ； 一 土的基质吸力( k P a ) ； ￡ ——时间( s ) 。 与 妒之间的关系曲线称为土一 水特征曲线。 因此 。只要知道 了土体 的土一 水特征曲线和渗透性 函数 ， 并给出明确的边界条件和初始条件 ， 就可 以得 到非稳态非饱 和土渗流场。 非饱和土强度采用 F r e d l u n d双变量强度理论 。 F r e d l u n d通过大量试验资料总结 。认 为非饱和土抗 剪强度公式可以用独立 的应力变量表达如下 ： [ 6 ] 丁 C + ( o r - ／ x ~ ) t a n咖 + ( 啪 ) t a n咖 ( 2 ) 式中： 一非饱和土强度( k P a ) ； C ——有效内聚力( k P a ) ； 一 有效法 向应力 ( k P a ) i l 一 孔隙气压力( k P a ) ； —— 有效内摩擦角( 。 ) ； ， I ． 一 孔隙水压力( k P a ) ； ( b L吸力 内摩擦角( 。 ) 。 在地下水浸润线以下的堆积层坡体。孑 L 隙水压 力 接近于孔隙气压力 ， 基质 吸力 ( ) 趋 近 0 ， 即式中的基质吸力项消失 。 土体 的抗剪强度也随 之下降 ， 从而变为饱和土 的公式 。因此 ， 利用式( 2 ) 可分析出受地下水分布影响的堆积层坡体非饱和强 度特征 ． 地下水浸润线以上， 堆积层土体呈非饱和状 态 。 其抗剪强度组成中包含基质吸力的贡献 ： 浸润线 下 ， 基质吸力丧失 ， 土体抗剪强度降低。 3 地下排水措施作用下边坡稳定性分析 采用非饱和土体有限元分析软件 ．模拟边坡在 无排水措施、 排水 4 0 d和排水 8 0 d时的非饱和渗流 场特征 。将坡体非饱和特征导入改进的极限平衡法 进行稳定性计算。 3 ． 1 模型的建立 选取一铁路边坡建立有限元计算模型 ( 图 1 ) ， 模型长 7 0 0 m， 模型高3 7 0 m。模型分为上部堆积体 和下部基岩，在基覆界面处的上部和下部堆积体分 别设置两道横向排水隧洞。 收稿 日期： 2 0 1 3 一 O 1 _ o 4 作者简介： 马春驰( 1 9 8 7 一 ) ， 男， 四川富顺人， 硕士研究生， 研究方向： 岩土体稳定性及工程效应。 3 3