水位上升非饱和土边坡稳定性分析.pdf

1 0 露天采矿技术 2 0 1 5 年第2 期 D O h 1 0 1 3 2 3 5 cn k i h cm 2 0 1 5 0 2 0 0 4 水位上升非饱和土边坡稳定性分析 魏真 ， 王胜 z ( 1 煤科集团沈阳研 究院有限公司， 辽宁 抚顺 1 1 3 1 2 2 ； 2 辽宁建筑职业学院， 辽宁 辽阳 1 1 1 o o o ) 摘 要 ： 针对渗水对黑岱沟排土场边坡稳定造成严重威胁开展研究， 基 于饱和一 非饱和渗流理论 。 在考虑毛细水作用的基础上 ， 采用 F E P G软件模拟积水入渗导致边坡 内部水位线上升的过程 ，并 通过极限平衡 法分析边坡安全 系数随地下水位上升的变化情况。 研 究表 明： 随着地下水位缓慢上 升 ， 边坡 稳 定 系数 先 减 小再增 大 ， 门槛 水位 处边坡 稳 定 系数 最 小 。 关键词： 水位上升； 非饱和土 ； 边坡稳定性 中图分类号： T D 8 2 4 7 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 19 8 1 6( 2 0 1 5 )0 20 0 1 00 3 Ana l y s is o n u ns a t ur a t e d s o il s l o pe s t a bil it y in incr e a s e d wa t e r l e v e l WE I Z h e n l , WA N G S h e n ( C h in a C o a l T e ch n o l o g y a n d En g in e e r in g G r o u p S h e n y an g Re s e a r ch I n s t it u t e ，F u s h u n 1 1 3 1 2 2 C h in a ； 2 L i a o n i n g J ianz h u Vo ca t i o n al U n i v e r s i t y ，L i a o y a n g 1 1 1 0 0 0 ，C h i n a) Ab s t r a c t ： Aimin g a t s e e p a g e ca u s in g s e ri o u s t h r e a t o n He id a ig o u d u mp s l o p e s t a b il it y ，o n t h e b a s is o f s a t u r a t e d u n s a t u r a t e d in f il t r a t io n t h e o r y a n d co n s id e ri n g t h e e f f e ct o f ca p il l a r y w a t e r ，t h is a r t icl e a d o p t s F EP G s o f t w a r e t o s imu l a t e t h e p r o ce s s o f wa t e r in fi l t r a t io n l e a d in g t o s l o p e in t e rna l w a t e r l in e in cr e a s in g T h r o u g h l imit e q u il ib ri u m me t h o d ， t h e a r t icl e a n a l y z e s t h e ch a n g e s it u a t io n o f s l o p e s a f e t y co e f fi cie n t wit h t h e ri s e o f g r o u n d w a t e r l e v e 1 T h e r e s u l t s h o ws t h a t s l o p e s t a b il it y co e f fi cie n t d e cr e a s e s a n d t h e n in cr e a s es wit h t h e s l o wl y r a is ing gro un d wa t e r l e v e l ，a n d g e t s a min imu m v a l u e a t t h e d o o r s il l wa t e r l e v e 1 Ke y wo r d s ：in cr e a s e d wa t e r l e v e l ； u n s a t u r a t e d s o iI ； s l o p e s t a b il it y 由于边坡受地下水位 、 河流水位升降的影响， 其 内部渗流场 、 孔隙水压力场也处于变动状态。 当地下 水位上升时 ， 受浸泡作用影响， 水位线 以下的土体抗 剪强度降低 ， 边坡失稳概率增大 ； 当水位下降时 ， 在 坡底浮托力减小 、坡体 内孔隙水来不及排出的双重 作用下 ， 潜在滑动面的抗滑能力降低 ， 亦可能发生边 坡 失 稳 。 目前国内外针对水位变化对边坡稳定性影响有 一 定的研究 。D e s a i 1 l 、Mo r g e n s t e r n【 】 和 C o u s in s t 。 基 于极限平衡法总结 了边坡安全系数与库水位呈正相 关。马崇武等人 4 1 研究 了洪水期水位变化对堤岸边 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 8 2 4 基金项 目： 国家自然科学基金面上项 目( 5 1 2 7 4 1 2 2 ) ； 国 家自然科学基金联合基金资助项目( U1 3 6 1 2 1 1 ) ； 辽宁省教育 厅科学研究一般项目资助项目( L 2 0 1 3 5 2 4 ) ； 国家自然科学基 金资助项 目( 5 1 1 7 9 0 3 1 ) 作者简介： 魏真( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 甘肃庆阳人， 2 0 1 0年毕业 于中国矿业大学( 徐州) 地质工程专业， 现就职于煤科集团沈 阳研究院有限公司， 主要从事露天矿边坡稳定及地质灾害防 治研 究等工作 。 坡稳定性的影响， 发现无论是涨水还是退水 ， 均有一 个使边坡稳定系数最小的水位值。 L a n e 5 1 、 G r i ff it h s_6 J 利用强度折减法分析了水位变化对边坡安全系数的 影响 。郑颖人7 采用瑞典条分法证明当水位位于坡 体总高度的下 1 31 4处时 ， 坡体稳定性最差 。因 此 ，深入研究水位变动对边坡稳定性的影响具有一 定的理论与工程意义 。 以哈尔乌素露天煤矿黑岱 沟排 土场为研究 目 标 ， 采用非饱和渗流理论 ， 模拟积水人渗排土场边坡 的演化趋势，探讨水位上升对黑岱沟排土场边坡稳 定 的影响 ， 以保证哈尔乌素露天矿的安全生产。 1 工程 概况 由于黑岱沟排土场截断了其上游的主河道 ， 导 致原地表径流条件发生改变 ，使上游主河道水大量 聚集 ，虽然在距离排土场边界 2 4 0 m的上游修筑 了 拦水坝 ， 仍有大量积水渗入到黑岱沟排土场底部 。 黑岱沟排土场基底为粘土层 ， 隔水效果好 ， 使不 断入渗的积水赋存在松散排弃物 内，导致基底土层 1 2 露天采矿技术 2 0 1 5 年第2 期 后者的不利影响比前者的有利影响大 ，故边坡稳定 系数降低 ； 当水位高度超过 3 0 m后 ， 后者 的不利影 响 比前者的有利影响小 ， 从而使边坡稳定系数提高 ， 即排土场边坡稳定性系数随着边坡内部水位上升呈 先减小再增大的趋势 ， 如图 5 。 辍 鲻 4 0 - 3 5 3 O 2 5 2 0 1 5 1 0 水位上升高度， m 图 5 水位上升高度与边坡稳定系数关系曲线 根据计算分析结果 ，黑岱沟排土场 的门槛水位 为 1 1 5 4 1T I 。为防止雨季来临时 ， 大量积水入渗排土 场 ， 水位升高 ， 引起局部滑坡 ， 应采取积水抽排 ， 水坝 止水等措施 ， 保证露天矿安全运营。 5 结论 1 ) 基于非饱和渗流理论和毛细水压力理论 ， 研究 非饱和土边坡 内部水位上升情况下边坡稳定系数变 化规律 ，其结果符合非饱和土边坡水土相互作用的 实质 。 2 ) 采用 F E P G软件模拟非饱和土边坡在积水人 渗和毛细水上升双重作用下 ， 弱层变成含水层 ， 且内 部水位逐渐上升 ， 呈先快后慢的趋势。 3 ) 当边坡内部水位缓慢上升 的初期阶段 ， 边坡 稳定系数是减小 的， 一旦超过 门槛水位后 ， 边坡稳定 系数则增大 ， 即存在一个最危险水位。 4 ) 建议黑岱沟排 土场边坡在雨季来临时 ， 为防 止边坡受渗透和毛细水作用， 发生局部滑坡 ， 应该对 积水抽排 ， 水坝止水等措施 ， 保证露天矿安全运营。 参考文献： l 1 j D e s a i C S D r a w d o w n a n a l y s i s o f s l o p e s b y n u m e r i ca l m e t h 2 o d s J o u r n a l o f G e o t e ch n ical E n g i n e e ri n g J A S C E，1 9 7 7 ， 1 0 3 ( 7 ) ： 6 6 7 6 7 6 1 2 J Mo e n s t e rn N R S t a b il i t y ch a r t s f o r e a r t h s l o p e s d u r in g r a p i d d r a w d o w n J G e o t e ch n iq u e ， 1 9 6 3 ( 1 3 ) ： 1 2 1 1 3 1 【 3 C o u s in s B F S t a b i l i t y ch a r t s for s i m p l e e a r t h s l o p e s J J o u rna l o f G e o t e ch n i cal En g i n e e ri n g ， AS C E， 1 9 7 8， 1 0 4 ( 2 ) ： 2 6 7 2 7 9 4 马崇武， 刘忠玉 ， 苗天德 ， 等 江河水位升降对堤岸边 坡稳定性的影响 J 兰州大学学报： 自然科学版 ， 2 0 0 0 ， 3 6 ( 3 ) ： 5 6 6 0 5 L a n e P A ， G r iff i t h s D V A s s e s s m e n t o f s t abi l it y o f s l o p e s u n d e r d r a w d o w n co n d i t i o n s J J o u rna l o f Ge o t e ch n ica l a n d Ge o e n v ir o me n t a l E n g in e e ri n g ， 2 0 0 0， 1 2 6( 5 ) ： 4 4 3 4 5 0 6 G r iff i t h s D V， L a n e P A S l o p e s t a b i l i t y a n a l y s is b y fi n it e e l e m e n t s J G e o t e ch n i q u e ， 1 9 9 9 ， 4 9( 3 ) ： 3 8 7 4 0 3 7 郑颖人 ， 时卫民， 孔位学 库水位下降时渗透力及地下 水浸润线 的计算 J 岩石力学与工程学报， 2 0 0 4， 2 3 ( 9 ) ： 3 2 0 3 3 2 1 0 8 G A S MO J M， R A HA R D J O H， L E O NG E C I n fil t r a t i o n e f - f e ct o n s t a b i l i t y o f a r e s id u a l s o il s l o p e 【 J J C o m p u t e r s a n d G e o t e ch n i cs ，2 0 0 0 ， 2 6 ( 2 ) ： 1 4 5 1 6 5 9 郭璇 ， 赵成刚 ， 于威威 非饱和土边坡稳定的安全分析 及进展 J 中国安全科学学报， 2 0 0 5 ， 1 5 ( 1 ) ： 1 4 1 7 1 0 程玉梅负孔隙水压力和毛细张力的关系及其对时效 稳定的贡献 J 中国港湾建设 ， 2 0 1 1 ， 8 ( 4) ： 1 6 1 9 【 责任 编辑： 陈毓】 l l ， ， l， l l l l l l l， I ll l I l I l ， ， I ， l l l l l l l ， ll l 2 I GD I D , l I ll l l， l lI ( 上接第 9页 ) 5 田树昆 宝 日希勒露天煤矿软岩边坡稳定性研究 D 阜新： 辽宁工程技术大学， 2 0 1 1 6 郭景忠 白音华一号露天煤矿南帮软岩边坡稳定性研 究 D 阜新 ： 辽宁工程技术大学 ， 2 0 1 1 7 杨宏海 扎泥河露天矿采场与南排土场复合边坡稳定 性分析 D 阜新 ： 辽宁工程技术大学， 2 0 1 0 8 何晖， 李志雨 基于 F L A C 的矿区潜在滑坡稳定性分 析 J 甘肃科学学报 ， 2 0 1 3 ， 2 5 ( 3