降雨对非饱和黄土填筑边坡稳定性影响分析.pdf
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1、文章编号:()收稿日期:基金项目:中铁二十一局集团有限公司科研开发课题()作者简介:任鹏远()男陕西长武人高级工程师主要从事铁路工程施工技术研究方面的工作:.引文格式:任鹏远.降雨对非饱和黄土填筑边坡稳定性影响分析.铁道建筑技术():.降雨对非饱和黄土填筑边坡稳定性影响分析任鹏远(中铁二十一局集团第五工程有限公司 重庆)摘 要:近年来随着雨带不断北移西北地区降雨量明显增多 西北地区广泛分布的黄土作为一种典型性非饱和土降雨对边坡稳定性的影响应引起广泛重视 依托平凉南铁路物流基地非饱和黄土高填方场地通过室内试验测定土样基本物理力学参数和土水特征曲线利用有限元分析方法分三步建立降雨入渗对填筑边坡稳定
2、性影响的数值计算模型 通过对比两种入渗工况(/和 /)和三种不同坡度(、和.)的边坡发现非饱和黄土填筑边坡稳定性受坡度和含水状态影响较大建议非饱和黄土填筑边坡施工过程应保证坡度不陡于 在工程许可条件下最好保持在 .关键词:非饱和黄土 填筑边坡 降雨入渗 边坡稳定性 室内试验 数值分析中图分类号:.文献标识码:./.(.):.(/)(.).:引言随着“一带一路”发展战略持续推进以及中共中央、国务院关于新时代推进西部大开发形成新格局的指导意见的出台可以预见西部地区基础设施建设还将得到继续推进 黄土作为一种特殊土在我国西北地区广泛分布在变形方面较多关注黄土的湿陷性 虽然黄土具有较大的孔隙结构但由于西
3、北地区常年干旱其非饱和特性的影响并不十分突出 近年来随着雨带不断北移西北地区降雨量明显增多黄土作为非饱和土降雨对边坡稳定性的影响应引起广泛重视 非饱和黄土高边坡填筑施工过程中由于边坡缺乏有效的防水措施雨水更容易入渗从而引发不必要的施工事故 本文以平凉南综合物流基地为实际工程依托探讨降雨对场地黄土高边坡填筑稳定性的影响 工程概况及水文地质条件平凉南铁路物流基地占地共 亩位于宝中线平凉南车站北侧与平凉南站呈横列式布局 按照“统一规划适度超前、分步实施”的原则车站对侧自北向南依次设成件包装货物作业区、集装箱及长大笨重货物作业区特货作业区以基本垂直车站的方向设置于车站西侧冷链货物作业区设置于车站东侧与
4、车站方向基本垂直 成件包装作业区规划装卸线 条有效长度 近期设 条装卸线近期实施 集装箱、铁道建筑技术 ()任鹏远:降雨对非饱和黄土填筑边坡稳定性影响分析长大笨重作业区设装卸线 条装卸有效长 近期实施 场地以填方为主填方厚度在 之间平凉南铁路物流基地场区地貌单元为泾河一级阶地区一级阶地高出河床 地势平坦开阔地面高程 工程区属暖温带大陆性亚湿润气候区冬季寒冷夏季炎热四季分明 雨季多集中在每年的 月年平均降水量.年最大降水量.场区地层自上而下主要为第四系全新统填筑土、全新统冲积砂质黄土、粗圆砾土下伏上第三系红黏土 场区范围内地表水不发育 地下水为第四系孔隙潜水勘察期间地下水位 受大气降水补给水位随
5、季节变化而变化旱季时水位低雨季时水位高 非饱和黄土试验研究.颗粒级配和界限含水率测定试验土样为取自平凉南综合性货场工程人工填土的重塑样根据土工试验方法标准和勘察资料测定土样颗粒含量如图 所示图 试验土体颗粒级配曲线界限含水率等基本物理力学指标如表 所示表 试验黄土基本物理力学性质指标液限/塑限/塑性指数比重不均匀系数曲率系数.土水特征曲线()测定一般认为非饱和土体颗粒间基质吸力决定了土体的物理和工程性质 基质吸力与土体中水密切相关其大小取决于土的含水率因此 是研究土体渗透特性和变形特性的重要基础 常用的 数学模型有:模型、模型、模型、参数模型、参数模型、模型以及 模型 本文采用 模型对试验数据
6、进行拟合 土壤体积含水量与基质吸力的关系为:()/(/)()式中:为土壤的体积含水率、分别为饱和、残余含水率 为基质吸力()为与空气进气值相关的参数()为控制 斜率的参数 /本研究主要对过 筛的试样进行土水特征曲线测量并对测量数据进行拟合分析 先配置目标含水率为的土料后采用水膜转移法将目标含水率提升至试验含水率 制备 个含水率分别为、和 的土样应用土壤水势传感器法和张力计法测得的基质吸力和体积含水率关系拟合曲线如图 所示图 试验土体 拟合曲线 模型饱和含水率取为 参数拟合得到 .降雨入渗条件下高填方边坡稳定性分析降雨一方面会增加边坡的下滑力另一方面随着雨水渗入使得土体的抗剪强度降低 目前降雨对
7、边坡稳定影响方面的研究主要集中在雨水充沛的区域而黄土多分布在干旱和半干旱地区 近年来因雨带北移降雨对黄土边坡稳定性影响的问题变得越来越突出调查了香港地区历年的降雨与滑坡资料分析了不同的土体入渗能力、初始饱和度、降雨强度、降雨时间对滑坡的影响发现降雨条件下边坡的稳定性随着边坡土体入渗能力的增加而逐渐降低 通过研究降雨条件下边坡的稳定性发现边坡的安全系数与降雨强度为正相关关系边坡的安全系数随降雨强度的增大而逐渐下降.等在研究铁路沿线边坡失稳时发现瞬时雨量对于浅层滑坡的影响较为显著而累计雨量对深层滑坡的影响更为明显 林鸿州等利用模型试验模拟了降雨入渗条件下水土的作用机理并提出将降雨强度和降雨累计量作
8、为雨量预警参数 等通过室外人工降雨试验发现不同的降雨强度黄土层内的水分活动范围也不相同:在 /的最大降雨强度条件下渗透蒸发活动区约为黄土表铁道建筑技术 ()任鹏远:降雨对非饱和黄土填筑边坡稳定性影响分析层下.范围而最大雨强为 /时黄土层湿润锋面深度约为 陈伟等通过室内人工降雨试验发现土体的有效应力和抗剪强度均随含水率增加而降低水分向坡体外部的渗透力则随之增大从而增大了边坡的不稳定性 蒋中明等、史振宁等通过研究不同因素对边坡稳定性的影响得到了土体含水率随不同降雨入渗条件变化的一般规律 白雪亮通过建立有限元数值模型分析了降雨入渗条件对黄土边坡稳定性的影响以降雨类型、降雨强度、降雨历时、渗透系数和土
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