充气截排水位置及压力选择数值模拟.pdf
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1、1 O 2 低温建筑技术 2 0 1 6 年第 1 期( 总第 2 1 1 期) D OI : 1 0 1 3 9 0 5 j c n k i d w j z 2 0 1 6 0 1 0 3 7 充气截排水位置及压力选择数值模拟 钱文见 , 尚岳全 , 朱森俊 ( 浙江大学建筑 工程 系, 杭 州3 t 0 0 5 8) 【 摘 要】 充气截排水技术是利用气排水理论通过向坡体后缘部位钻探成孔, 注入高压气体驱替部分地下 水, 形成非饱和区域 , 降低土体的渗透性, 大大减少边坡后缘 向边坡前缘的入渗量 , 降低潜在滑坡体内地下水位 线, 达到提高坡体稳定性的目的。对多孔介质中多相渗流问题的研究
2、是很复杂的, 数值模拟作为一种重要的研究 手段也是常常利用的研究方法。利用岩土工程软件 G e o S t u d i o对充气截排水技术的相关因素进行了数值模拟 , 研 究了在坡体后缘中充气点位置的选择以及充气压力选择的问题。模拟结果表明: 利用充气截排水技术提高坡体 稳定性的做法是可行的; 当充气点位置靠近潜在滑坡区时, 充气截排水能得到更好的效果; 充气压力越大, 坡体稳 定性系数提高越大。 【 关键词】 滑坡; 充气截排水 ; 充气点位置; 充气压力; 数值模拟 【 中图分类号】 T U 4 6 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1
3、6 ) 0 1 0 1 0 2 一 o 2 O 引言 降雨诱发滑坡的发生已经达成共识, 大多数边坡 的广阔汇水区域集中在坡体后缘部分 , 降雨产生的雨 水中相当大一部分都 以入渗方式到达坡体 内部补充 地下水位 , 抬高潜在滑坡区的地下水线 , 从而诱发滑 坡灾害的发生。传统的排水措施如地表排水沟、 排水 盲沟、 水平排水孑 L 和地下排水洞等, 都是利用水的重 力势能, 将高水位的水排到低位区。对边坡的排水环 境要求较高。实际工程中, 许多边坡很难提供有利的 地形条件 , 使得排水措施 的有效性难以保证 , 也无法 控制截排水的速度来形成快速有效的截排水 系统。 利用气排水原理在潜在滑坡 区
4、后缘充气构建非饱和 截水帷幕, 降低土体渗透性 , 减少坡体后缘 向潜在滑 坡区的入渗量 , 可提高坡体的稳定性。可为滑坡治理 工程的实施争取宝贵时间。 充气 截排水 技术 就是 采 用气 排水 理论 的思 想通 过在边坡的后缘部位 , 钻探形成压气孔 , 向坡体内压 入高压气体 , 形成经气水置换的局部非饱和区域, 减 少上游坡体地下水流向潜在滑坡区的入渗, 从而提高 坡体稳定性。非饱和土体的相关理论已比较成熟, 目 前 , 气排 水 理论 主要 运用在 气 曝法处 理水 中污 染 物 、 地下储气库的建造以及压气新奥法隧道施工 中。而 运用气排水理论截排边坡后缘来水, 提高坡体稳定性 的做
5、法目前 尚未见到。研究岩土体 中气水之间的耦 合作用是很复杂的, 数值模拟是其 中的一种研究重要 方法。如: 王初生 对压气沉箱工法进行水气二相渗 流模拟, 得到结果基本符合实际情况; 刘辉等 通过 数值模拟分析了压气新奥法隧道施工中渗流场( 水流 和气流) 的分布及变化规律, 研究了压气新奥法隧道 施工过程中压缩空气的影响范围、 漏气量 以及如何合 理选择工作气压的问题 ; 王皆明等 利用数值模拟研 究了不同构造特点含水层在建库过程 中的气驱多项 渗流问题, 提出应当优先考虑较大地层倾角并采用较 低注气速度来改善储气效果 的结论 ; J a v a d i 等 针对 压气法施工的隧道 中的空
6、气损失问题建立 了一个数 值模型 , 用于预报隧道内的空气损失等。 目前充气截排水技术仍处于探索研究阶段 , 充气 点位置以及充气压力的选择是 当前研究的一个重要 内容。本次正是借助岩土工程软件通过数值模拟探 讨充气截排水技术 中充气点位置 以及充气 压力 的 选择 。 1 充气截排水对边坡稳定性影响的数值模拟分析 多孔介质中的多项渗流问题相当复杂, 数值模拟 技术是研究多项渗流的一种重要手段。本次数值模 拟以图 1 作为几何模型, 从边坡稳定性角度考察充气 截排水技术最优 的充气 点位置 。一 般而 言 , 渗气 系数 要比渗水系数大 1 2个数量级 , 取材料的渗透系数 1 6 X 1 0
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