（地质工程专业论文）水平孔降低地下水水位对滑坡稳定性的影响研究.pdf

r e s e a r c ho nl a n d s l i d es t a b i l i t yi nd r a w d o w no fg r o u n d w a t e r m a j o r ： l e v e lw i t hh o r i z o n t a ld r a i n a g eh o l e g e o l o g i c a le n g i n e e r i n g d i r e c t i o no f s t u d y ：g e o t e c h n i c a ls t a b i l i t ye v a l u a t i o na n dt r e a t m e n t g r a d u a t es t u d e n t ：n i u w e n m i n g s u p e r v i s o r ：p r o f g a cw u z h e n l - r o t - a oz h e n c i v i le n g i n e e r i n gd e p a r t m e n t g u i l i nu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y m a r c h ，2 0 0 9t oa p r i l ，2 0 1 0 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 学位论文作者( 签字) ：生叁塑 签字日期：! ! ：兰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和 借阅。本人授权( 学校) 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权 中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并 通过网络向社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：牛火明 签字日期：卜年月2 - 日 翩签字：岛舷 签字日期：咖年6 月乙日 i广l 摘要 随着我国高等级公路、高速铁路等基础设施建设步伐的加快，工程中因坡体开挖而导致滑 坡的问题愈来愈频繁，严重威胁着人民生命财产安全和公路、铁路的正常运营。而滑坡治理时， 排水工程是必要的治理措施。因此，通过深入系统地研究该类滑坡的成因、形成机理以及排水 条件下滑坡渗流场和稳定性，掌握此类滑坡的主要影响因素、形成规律，对以后公路等基础设 施建设中遇到类似地质条件下的滑坡预防、治理前后的稳定性评价及治理设计有重要意义。 本文依托某公路路堑开挖诱发的滑坡实例，运用非稳定渗流基本理论和有限元分析软件， 研究了水平排水孔降低地下水位条件下的滑坡渗流场和稳定性。主要研究成果有： 1 通过对大坝村滑坡成因的分析，总结了该类型滑坡的成因和形成特征。 2 结合滑坡工程实例，分析了影响滑坡稳定性的主要因素，研究了碎石类土的渗流特性， 计算推导了滑体和滑带土的土水特征曲线等有限元分析所需的参数。 3 本文对滑坡稳定性各主要影响因素进行了敏感性研究，计算分析了各影响因素对滑坡稳 定的影响水平。 4 排水孔的设置对渗透系数较大的碎石类土滑坡具有明显的排水降压效果，降低坡前坡后 的水力梯度，减小坡体的动水压力。排水孑l 在排水过程中，改变了地下水流向，改变了渗透压 力方向。排水前地下水大致平行于自由水面流动，渗透力的方向与下滑力的方向大致相同，这 对滑坡稳定性不利；设置排水孔后，水流矢量方向指向最近的排水管，渗透力方向基本为垂直 排水孔的方向，排水孔排水取代了坡体内部排水，降低了地下水对滑坡岩土体的渗透压力和侵 蚀破坏，提高了滑坡稳定性。 5 排水过程中，稳定系数k 有一个先减小后增大的过程，排水一段时间后，稳定系数均 比未排水前增大，排水降低水位能有效地提高滑坡稳定性。在排水初期出现稳定系数有所下降 的现象，其原因是排水初期，水位降低还不明显，不同区域的自由水面下降速度不一致所导致。 稳定系数降低的幅度即极小值与排水速度和滑体的渗透系数有一定关系，故在排水工程中，应 根据实际工程情况和地质条件，合理地选择排水孔径和孔长。 6 排水孔有一定的影响范围，在排水孔附近排水效果较好，距离越远，效果越差。孔长对 排水效果影响较大，孔长越长，排水降压效果越好，影响范围越大。滑坡稳定性随着孔长的增 大呈线性递增趋势，增大排水孔长度，能有效地提高滑坡稳定性。所以在排水孔设计时，可根 据实际情况，适当采用排水孔长度加长的方案。 关键词：滑坡：稳定性；水平排水孔：渗流场 a b s t r a c t a l o n gw i t ha c c e l e r a t i o no f t h ep a c eo f i n f r a s t r u c t u r ec o n s t r u c t i o ni nc h i n a ，s u c ha sh i g h w a ya n d h i g h - s p e e dr a i l w a y ，a ni n c r e a s i n gn u m b e ro fl a n d s l i d e so c c u rb e c a u s eo fe x c a v m i o n w h i c hi sa s e r i o u st h r e a tt ol i v e sa n dp r o p e r t yo ft h ep e o p l ea n dt h en o r m a lo p e r a t i o n so fr o a d s ，r a i l w a y s d r a i n a g ep r o j e c ti san e c e s s a r ya n di m p o r t a n tm e a s u r e si nl a n d s l i d e - t r e a t i n g t h e r e f o r e ，t h r o u g h s y s t e m a t i cd e e pr e s e a r c ho fc a u s e so fl a n d s l i d e s ，f o r m a t i o nm e c h a n i s m ，s e e p a g ef i e l da n dl a n d s l i d e s t a b i l i t yi nt h ec o n d i t i o n so fd r a i n a g e ，g r a s pt h em a i nf a c t o r s ，t h ef o r m a t i o nl a w s ，s u c hw o r k sw i l l p r o v i d eav e r yg o o de x p e r i e n c ei nt h ef u t u r ec o n s t r u c t i o no fs i m i l a rp r o j e c t s b a s e do nac a s eo fl a n d s l i d et r i g g e r e db yt h eh i g h w a ye x c a v a t i o n ，t h i st h e s i ss t u d i e st h es e e p a g e f i e l da n ds t a b i l i t yw i t ht h eg r o u n d w a t e rl e v e ll o w e r e db yh o r i z o n t a ld r a i n a g eh o l e sb ym e a n so f u n s t a b l es e e p a g et h e o r ya n df i n i t ee l e m e n ts o f t w a r e t h em a i nr e s e a r c ha c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h r o u g ha n a l y z i n gt h ec a u s e so fd a mv i l l a g el a n d s l i d e ，t h ec a u s e sa n df o r m a t i o n c h a r a c t e r i s t i c so ft h i sk i n do fl a n d s l i d e sh a v e b e e ns u m m a r i z e d 2 c o m b i n i n gt h ee n g i n e e r i n gc a s eo fl a n d s l i d e ，t h ep r i m a r yf a c t o r so nl a n d s l i d e ss t a b i l i t ya n d t h es e e p a g ec h a r a c t e r i s t i c so fg r a v e ls o i lh a v e b e e na n a l y z e d ，a n dt h ep a r a m e t e r ss u c ha s t h e s o i l - w a t e rc h a r a c t e r i s t i cc u r v eo fl a n d s l i d ef o rf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sh a v eb e e nc a l c u l a t e d 3 t h es e n s i t i v i t yo fm a i ni n f l u e n c ef a c t o r sa b o u tl a n d s l i d es t a b i l i t yi sr e s e a r c h e di nt h i sp a p e r t h ei n f l u e n c el e v e l so fm a i nf a c t o r sa r ec o m p u t e da n da n a l y z e d 4 i nt h el a n d s l i d eo fg r a v e ls o i lw i t hh i i g h s e e p a g ec o e f f i c i e n t ，t h ed r a i n a g eh o l ec a n s i g n i f i c a n t l yl o w e rt h eg r o u n d w a t e rl e v e la n db o t hf r o n t a la n db a c kh y d r a u l i cg r a d i e n t ，a n dr e d u c e t h eh y d r o d y n a m i cp r e s s u r e i nt h ed r a i n a g ep r o c e s so fd r a i n a g eh o l e ，t h ed r a i n a g eh o l e sc h a n g et h e d i r e c t i o no fg r o u n d w a t e rf l o wa n do s m o t i cp r e s s u r e b e f o r ed r a i n a g e ，g r o u n d w a t e rf l o wd i r e c t i o ni s r o u g h l yp a r a l l e lt ot h ef r e es u r f a c ea n ds e e p a g ef o r c ed i r e c t i o ni st h es a m et os l i d i n gf o r c e ，t h i si s n e g a t i v ef o rs l o p es t a b i l i t y ；a f t e rp r o v i s i o no fd r a i n a g eh o l e s ，t h eg r o u n d w a t e rf l o wd i r e c t i o nh e a dt o t h ec l o s e s td r a i n a g ep i p e ，a n dt h es e e p a g ef o r c ed i r e c t i o ni sb a s i c a l l yp e r p e n d i c u l a rw i t ht h ed r a i n a g e h o l e s ，a sw e l la sh o l ed r a i n a g er e p l a c et h ei n t e r n a ld r a i n a g eo fs l o p e ，r e d u c i n gt h es e e p a g ef o r c eo f g r o u n d w a t e rt h a ta c t so nr o c ka n ds o i lm a s so fl a n d s l i d ea n de r o s i o nd a m a g e ，i m p r o v i n gt h es t a b i l i t y o ft h el a n d s l i d e 5 i np r o c e s so fd r a i n a g e ，t h es t a b i l i t yf a c t o rkh a sap r o c e s so ff i r s td e c r e a s e sa n dt h e n i n c r e a s e s ，a f t e rs o m et i m e ，t h es t a b i l i t yf a c t o ri sl a r g e rt h a na n yt i m ew i t h o u td r a i n a g e d r a i n a g ec a n i m p r o v et h es t a b i l i t yf a c t o rb yd e c r e a s i n gt h ew a t e rl e v e l i nt h ee a r l yp r o c e s so fd r a i n a g e ，t h e s t a b i l i t yf a c t o rd e c l i n e s t h er e a s o ni si nt h ei n i t i a ld r a i n a g e ，t h ew a t e rl e v e lh a s n tb e e nr e d u c e d s i g n i f i c a n t l ya n dt h ef a l l i n gs p e e do ff r e es u r f a c ei nd i f f e r e n ta r e aa r ei n c o n s i s t e n t g i v e nt h a tt h e i i d e c r e a s e dd e g r e eo rl o w e s tv a l u eo fs t a b l ef a c t o r sa l er e l a t e dt ot h ed r a i n a g er a t ea n ds e e p a g e c o e f f i c i e n to fl a n d s l i d e ，t h ea p p r o p r i a t er a d i u sa n dl e n g t ho ft h ed r a i n a g eh o l e ss h o u l db ed e s i g n e d a c c o r d i n gt ot h ea c t u a lg e o l o g i c a la n de n g i n e e r i n gs i t u a t i o ni nd r a i n a g ep r o j e c t s 6 t h ed r a i n a g eh o l e sh a v eac e r t a i ni n f l u e n c ea r e a i tc a l lr e a c hag o o de f f e c tr o u n d i n gt h e d r a i n a g eh o l e s ，w h e nd i s t a n c e sg e t t i n gl o n g e r , t h ee f f e c ta r eg e t t i n gw o r s e t h el e n g t ho ft h eh o l e s p l a yas i g n i f i c a n tr o l et ot h ee f f e c to fd r a i n a g e t h el o n g e rt h eh o l ei s ，t h eb e t t e rt h ee f f e c ta lea n dt h e r e g i o na r em o r ee x t e n s i v e a st h ed r a i n a g eh o l e sl e n g t hi n c r e a s e s ，t h el a n d s l i d es t a b i l i t yg r o w su p l i n e a r l y s oi n c r e a s i n gt h el e n g t ho fd r a i n a g eh o l e sc a l li m p r o v et h el a n d s l i d es t a b i l i t y h e n c ei t s b e t t e rt oi n c r e a s et h ed r a i n a g eh o l e sw h e nd e s i g n i n gt h ed r a i n a g eh o l e sa c c o r d i n gt ot h ee n g i n e e r i n g c o n d i t i o n s k e yw o r d s ：l a n d s l i d e ；s t a b i l i t y ；h o r i z o n t a ld r a i n a g eh o l e ；s e e p a g ef i e l d i i i 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第1 章绪论1 1 1 选题依据1 1 2国内外研究现状2 1 2 1地下水渗流研究概况2 1 2 2 滑坡稳定性评价研究现状4 1 2 3 地下水对滑坡稳定性影响研究8 1 3研究目的和主要研究内容l o 1 3 1 研究目的l o 1 3 2 主要研究内容。l o 第2 章大坝村滑坡工程概况11 2 1 工程背景11 2 2 滑坡区工程地质条件ll 2 2 1 地形地貌11 2 2 2 地层岩性1 3 2 2 3 地质构造。1 4 2 3水文地质条件。1 5 2 4 大坝村滑坡成因的综合分析1 5 2 4 1 滑坡体结构及岩性特征1 5 2 4 2 滑坡变形特征1 6 2 4 3 滑坡成因分析1 7 2 4 4 滑坡稳定性分区1 7 2 5 本章小结1 9 第3 章滑坡稳定性影响因素分析2 0 3 1影响滑坡稳定性的因素2 0 3 2 滑坡稳定性影响因素的敏感性分析2 l 3 2 1 敏感性分析方法。2 2 3 2 2 滑坡稳定性计算公式2 3 3 2 3 敏感性分析实例2 3 3 2 4 敏感性分析结论2 9 3 3 水与滑坡岩土体相互作用机理3 0 3 3 1地表水对滑坡的作用3 0 3 3 2 地下水对滑坡的作用3 0 i v 3 4 地下水对滑坡稳定性的影响3 l 3 5 本章小结3 3 第4 章滑坡渗流特性和渗流基本理论3 4 4 1 滑坡体的渗流特性3 4 4 2 渗流基本理论3 5 4 2 1 渗流的连续方程3 5 4 2 2 非稳定渗流的微分方程3 6 4 2 3 渗流场定解条件3 8 4 3 渗流计算方法概述3 9 4 4 有限单元法的基本原理4 0 4 5 渗流有限元分析软件介绍4 l 4 6 本章小结4 2 第5 章水平孔排水条件下滑坡渗流场和稳定性分析4 3 5 1水平孔排水条件下渗流场分析4 3 5 1 1 水平排水孔布设设计4 3 5 1 2 滑坡计算模型的建立4 5 5 1 3计算参数的选取4 7 5 1 4 初始条件和边界条件4 9 5 1 5 渗流计算及结果分析4 9 5 1 6 成果分析5 4 5 2 排水孔孔长对渗流场影响分析5 6 5 2 1 计算分析模型5 6 5 2 2 成果分析5 6 5 3 水位变化条件下滑坡稳定性分析5 9 5 3 1 滑坡稳定分析的极限平衡法概述5 9 5 3 2 排水降低水位条件下稳定性分析5 9 5 4 本章小结。6 3 第6 章结论与展望6 4 6 1结论6 4 6 2 展望6 5 鸳i 谢6 6 参考文献6 7 个人简介7l v 桂林理工大学硕士学位论文 1 1选题依据 第1 章绪论 滑坡是一种常见的地质灾害，严重威胁着人民群众生命财产以及工程安全。目 前，滑坡已成为仅次于地震和火山的全球性三大地质灾害之一。我国幅员辽阔、人 口密集，而且山区面积占国土面积的2 3 以上，是一个地质灾害发生十分频繁、损 失极为严重的国家。在所有地质灾害中，滑坡灾害发生最为频繁、造成损失最为严 重。据初步统计，2 0 0 9 年全国共发生地质灾害1 0 8 4 0 起，其中滑坡就有6 6 5 7 起， 占了总数的6 0 以上【lj 。我国每年因滑坡造成的经济损失就达1 0 0 亿元以上，特别 是在四川汶川大地震以后，滑坡造成的危害已引起人们的高度重视。 随着我国现代化建设的高速发展，特别是近年来国家基本建设力度的加大，公 路、铁路等基础设施建设步伐明显加快，公路、铁路等级不断提高。在公路、铁路 的建设过程中，常常由于地形地貌、地质条件等方面的限制以及工程建设的需要， 不可避免地要开挖岩土体，形成大量的人工边坡，甚至出现高陡边坡，从而诱发了 大量滑坡。公路、铁路工程中遇到的滑( 边) 坡问题越来越多，因而普遍存在着滑( 边) 坡的稳定问题需要解决。因此，深入研究滑坡的形成机制与破坏机理，分析导致滑 坡失稳的主要因素，正确评价滑坡的稳定状态，对预防或减少滑坡灾害的发生、保 障人民生命财产安全、减少经济损失等均具有重要意义。 滑坡的形成、发展及破坏是一个复杂的过程，其受众多因素的影响。而在这些 影响因素中，地下水对滑坡稳定性的影响是有目共睹的。据统计，8 0 - - 9 0 的滑 坡破坏均与水有关【2 j 。水是导致滑坡形成、发展的最普遍、最活跃的因素，同时也 是最难确定和定量研究的因素。地下水的存在方式和运动与滑坡稳定性状态有着十 分密切的关系，所谓“无水不滑坡”、“治坡先治水 。但目前，大多数的滑坡治理 中，采用水平排水孔、排水洞等排水工程降低地下水位的措施很少被用作滑坡治理 的主要措施，而仅将其作为一种辅助措施；而且在考虑地下水力学作用的滑坡稳定 性评价方面，大多也只是涉及静水压力的作用，而往往忽视渗透压力的作用，从而 使评价结果与实际情况有一定的出入。究其原因是，对降排地下水措施的可靠性和 降水效果研究不够，关于水平孔降排水对渗流场的影响研究不深入、排水降低地下 水位对滑坡稳定性影响方面的研究不足等等，从而制约了将排水工程作为滑坡主要 治理措施的推广应用。因此，系统深入地研究排水条件下滑坡地下水渗流规律，研 究排水降低地下水位对滑坡稳定性的影响，建立合理的滑坡稳定性评价体系，是十 桂林理工大学硕士学位论文 分必要的，可为滑坡治理设计提供理论依据与指导。 1 2 国内外研究现状 1 2 1地下水渗流研究概况 渗流理论属于流体力学的专门问题。渗流力学研究多孔介质内流体运动的规 律，是流体力学与岩石力学、多孔介质物理、表面物理、物理化学及生物学交叉渗 透而形成的1 川。 1 8 5 6 年，法国工程师h d a r c y 通过直立圆筒中的砂土恒定渗流试验得出t d a r c y 定律( 也称渗流线性定律) ，从此渗流理论及其应用研究得到了迅速发展。 j d u p u i t ( 1 8 6 3 ) 贝0 以d a r c y 定律为基础研究了地下水一维稳定流和水井的二维稳定运 动规律，但他没有考虑含水层的垂向流速。h e 茹科夫斯基于1 8 8 9 年导出了渗流微 分方程但仅求解出了适用于简单边界条件和均质渗流介质的解析解【3 】。1 9 0 1 年 p f o r c h h e i m e r 等研究了更为复杂的地下水渗流问题，从而为地下水稳定流理论奠定 了基础【4 1 。j b o u s s i n e s q 于1 9 0 4 年提出了地下水非稳定流的偏微分方程【5 1 。1 9 2 2 年h e - 巴蒲洛夫斯基提出了求解渗流场的电拟法，该方法可以解决比较复杂的渗流问题， 但其不能对非均值各向异性渗流介质进行模拟，为了解决更为复杂的渗流问题，逐 步发展到电网模拟法【6 】。1 9 3 1 年，r i c h a r d s 7 j 将d a r c y l 撇性渗流理论推广应用到非 饱和渗流中，从而推动了非饱和渗流的研究，r i c h a r d s 方程很快便建立起来，数学 物理方法被逐步应用到边坡水的研究中，使该领域的研究逐步由静态走向动态、定 性描述走向定量描述、经验走向机理。c v t h e i s ( 1 9 3 5 ) 提出了承压水井的非稳定流 公式，将热传导方程的求解方法运用到研究地下水运动规律领域，由此开创了现代 地下水运动理论的新纪元p j 。 二十世纪五十年代苏联学者逐步建立起完整的弹性方程渗流理论和弹塑性方 程渗流理论，这些渗流理论考虑了渗流对岩土体介质骨架的不可逆变形的影响。到 了二十世纪6 0 年代，随着计算机技术的发展和普及，数值法在渗流分析中得到了愈 来愈广泛的应用【6 引。用数值法分析渗流问题，一般是以自由水面为边界，在饱和 区内进行研究，但在计算的每个时段都需要求自由水面的边界，过程比较复杂，而 且也没有考虑非饱和区的孔隙水压力，因此不能全面真实地反映地下水的渗流状 况。为此，国外从二十世纪7 0 年代开始考虑非饱和区水的流动，将饱和区与非饱和 区结合起来进行整体分析【9 儿1 0 】。压力水头在饱和区为正，而在非饱和区为负值，零 压力面就是自由水面，即饱和区与非饱和区的分界面。这样计算域内不再有自由水 2 桂林理工大学硕士学位论文 面边界，使得计算过程简化，程序处理也比较简单。 渗流数值解法早期多采用有限差分法。在有限差分法数值模拟饱和非饱和渗 流问题方面，r u b i n 1 1 j 对二维饱和非饱和土进行了研究，用有限差分法给出了二维 r i c h a r d s 控制方程的数值解；r a f r e e z e 1 2 】研究了三维地下含水层饱和一非饱和非稳 态流，给出了有限差分的数值解法，并对其进行系统地总结。 有限单元法最早应用于分析稳定渗流场问题，直到上世纪7 0 年代初才被应用于 非稳定渗流场问题，随后用来解决各种具体的工程问题【8 】【1 3 】【1 4 】【1 5 】。我国也有不少专 家学者对饱和非饱和渗流做过研究。如黄俊【l6 】在1 9 9 0 年采用伽辽金有限元法对三 维饱和非饱和土渗流问题进行了计算研究；汪自力、张俊霞等i l7 1 1 9 9 1 年提出了堤 坝饱和非饱和有限元分析的高斯点法，该方法计算量小，迭代的格式较简单；张 培文、吴良骥、雷光耀等i l 犯o j 对饱和非饱和岩土非稳定渗流问题进行了有限元的 分析研究，结合工程实例对堤坝饱和非饱和渗流进行了数值模拟；张家发1 2 l j 【2 2 j 于 1 9 9 4 年提出了饱和。非饱和稳定渗流场的数学模型，并在以后几年研究了土坝三维 饱和。非饱和非稳定渗流；陈虹( 1 9 9 7 ) 采用有限元法分析了降雨条件下的非稳定渗 流；朱伟等( 1 9 9 9 ) 通过大型降雨渗透试验实测了土堤内浸润线的变化和水分移动， 并利用有限元法对饱和非饱和渗流进行数值模拟，进而分析了降雨时土堤内饱和 非饱和的渗透机制2 4 】【2 5 1 ；其他一些学者【2 6 】【2 7 1 也对饱和非饱和渗流进行了研究。 对于有水平排水孑l 的渗流场的有限元分析也取得了一些成果。水平排水孔作为 滑坡( 含边坡，以下名称定义同上) 治理工程中的一种有效地排水措施，对滑坡渗 流场起着排水降压的作用，同时对渗流场的分布影响极大。排水孔在一个滑坡中往 往布置一排或多排。排水孔孔径与滑坡尺寸比较起来，相差甚大，从而使得运用有 限单元法分析有排水孑l 的渗流场存在一定困难。故许多学者一直在探索对排水孔进 行处理的方法。 工程中经常采用的近似方法是将排水孔作为有限元网格中的一个给定水头的 节点处理，这种方法使问题大为简化而为国内外工程界广泛采用。而事实上排水孔 的排水效果与其孔径密切相关，王镭、张有天( 1 9 8 2 ) 通过分析认为将排水孔作为一 个点处理完全没有反映排水孔的尺寸效应，常产生显著的误型2 8 】。此后，张有天 ( 1 9 8 2 ) ，f i p p s ( 1 9 8 6 ) 对在如何以点代孔的基础上反映排水孔径的影响来减少误差方 面做了进一步的研究【2 9 】1 3 0 1 ，提出了控制排水点相邻单元尺寸与排水孔半径比例的 改进方法，但计算结果仍不可靠。 g u r e g h i a n ( 1 9 7 5 ) 提出把排水孔作为计算域内给定水头的边界条件用有限元求 解【3 l 】。 桂林理工大学硕士学位论文 关锦荷( 1 9 8 4 ) ，杜延龄( 1 9 8 4 ) 提出以排水沟代替排水孔幕，并用杆单元反映排 水孔附近绕流渗径长度，但未能反映排水孔的三维效应口2 】【3 3 】。 王镭( 1 9 9 2 ) ，朱岳明等( 1 9 9 2 ) 提出排水子结构算法，能在计算工作量不增大很 多的条件下，模拟不穿过自由水面时排水孔的实际渗流行为，能反映出排水孔的三 维及尺寸效应3 4 】【3 5 】。朱岳明等对这种方法进行了改进，提出了改进排水子结构法 【3 6 】 o 朱岳i 刃( 1 9 9 7 ) 采用改进排水子结构方法模拟排水孔排水机理的方法对龙滩碾压 混凝土坝的排水孔幕的布设模式进行了研究，分析了孔径、孔距等因素对有排水孔 混凝土坝的渗流场分布的影响，并对混凝土坝排水孔布设设计提出了自己的看法 【3 7 】 0 杜延龄等( 1 9 9 1 ) 总结了工程中常用的与排水井列等效的排水沟来模拟排水井列 的方法，并提出了用杆单元模拟的方法，但仍属近似方法【3 8 】。 詹美礼等( 2 0 0 0 ) 提出了解析法和有限元相结合的方法，将排水孔的作用效应， 用排水孔的空间位置，走向及其边界性质的有关几何参量加以描述。解决了当排水 孔布设方位、长度变化较大和排水孔优化布设研究中模型变化较大的渗流场有限元 求解问题p9 。 王恩志等( 2 0 0 1 ) 提出“以管代孔”的方法来模拟排水孔【4 0 】，并在此基础上提出 “以缝代井列 ( 2 0 0 2 ) 的方法来模拟排水孔幕】。这种方法大大简化了排水孔模拟 的建模问题，能有效地模拟岩体土中排水孔个体的排水情况，有着重要的实用意义。 1 2 2 滑坡稳定性评价研究现状 滑( 边) 坡稳定性分析、评价与计算的研究始于土质滑坡。二十世纪初，对滑 ( 边) 坡稳定性和土压力计算只考虑土体的内摩擦角，并假定滑动面为平面。1 9 2 7 年，f e l l e n i u s 提出滑( 边) 坡稳定性分析的圆弧滑动分析方法，即瑞典圆弧法。后 来b i s h o p 对传统的f e l l e n i u s 法作了重要改进，并提出了b i s h o p 法；m o r g e n s t e mn r 和p r i c ev e ( 1 9 6 5 ) 提出著名的摩尔斯坦一普利斯法；s a r m as k ( 1 9 7 9 ) 提出著名的 s a r m a 法，该法可以任意条分，克服了以往方法只能垂直条分的局限【4 2 1 1 8 3 】。以上这 些基本是极限平衡方法，极限平衡法是最早在出现并在工程实践中广泛应用的一种 滑( 边) 坡稳定性分析方法，目前主要使用的极限平衡方法有：瑞典法、b i s h o p 法、j a n b u 法、m o r g e n s t e m p r i c e 法、s p e n c e r 法、s a r m a 法以及我国广泛使用的传 递系数法。2 0 世纪8 0 年代，由于现代科学技术和计算机技术的发展，大量新技术 和方法被引入到滑( 边) 坡稳定性评价中，相继出现了有限单元法、边界元法、离 4 桂林理工大学硕士学位论文 散元法等数值分析方法、灰色理论、模糊数学和概率分析法。2 0 世纪8 0 年代末期， 突变论、协同论和分形理论等大量非线性理论被应用到滑( 边) 坡稳定性研究中。 2 0 世纪9 0 年代中期神经网络被引入滑( 边) 坡稳定性研究中。近年来，遗传算法 开始应用到滑( 边) 坡稳定性研究中。 我国对滑( 边) 坡稳定性问题广泛研究，始于2 0 世纪中叶。主要与国家的经 济发展和工程建设的需要密切联系，滑( 边) 坡稳定性研究多见于铁路、水力水电 和矿山等国家急需建设的工程中【4 2 】。公路工程虽涉及的滑( 边) 坡问题较多，但大 量开展研究亦是近十多年的事。公路滑坡稳定问题是滑坡研究的一个重要组成部 分，其研究现状在一定程度反映着滑坡的研究水平，归结起来在我国公路滑( 边) 坡稳定性研究工作可分为几个阶段： 从2 0 世纪中叶 - - 7 0 年代末，是我国滑( 边) 坡稳定性研究工作的起步阶段， 由于当时我国经济基础较薄弱，公路建设主要以低等级公路为主，再加上受极左观 念影响，公路选线中主要以地质选线为主，对地质环境改造较弱，对边坡灾害多采 取避开的原则，故滑( 边) 坡稳定性问题不突出，主要是以传统的工程地质和土力 学理论，研究滑( 边) 坡稳定性和防治措施，岩质滑( 边) 坡稳定性研究很少，很 少进行系统深入研究，显然这种研究具有明显的局限性。 从2 0 世纪7 0 年代末 - - 8 0 年代中期，滑( 边) 坡稳定性研究工作的全面发展 阶段，随着改革开放，经济快速发展，原有的公路的运输能力和等级已不再适应经 济、社会发展的要求，需要修建高等级公路，在公路选线中既考虑地质要求，又考 虑经济、社会发展的需要，对地质环境的改造较强烈，遇到或产生许多滑( 边) 坡 地质灾害，滑( 边) 坡稳定性问题的研究亦日益引起重视，于是逐步展开了对公路 滑( 边) 坡稳定性问题的研究。 进入8 0 年代后期，滑( 边) 坡稳定性研究有新的发展和理论突破，经济的快 速发展，对工程建设提出更高要求，如公路建设中由过去的地质选线模式变为经济 选线，因而，不可避免地出现大量高填、深挖边坡，故边坡地质灾害问题十分突出， 滑( 边) 坡稳定性的研究工作亦显得更为重要，但由于以前的研究工作基础较薄弱， 主要是引用其它领域的研究成果，尤其是铁路边坡的研究成果，在消化别人成果的 基础上，结合公路的特点以及出现的新问题全面深入开展对滑( 边) 坡稳定性问题 的研究。 9 0 年代以来，我国的滑( 边) 坡稳定性研究深入发展和不断完善，主要表现 在研究生产与设计之间密切相结合，且在研究评价改正中逐步认识到工程地质工作 或第一手地质资料的重要性，强调理论、方法、技术和实践一体化，在滑( 边) 坡 桂林理工大学硕士学位论文 稳定性评价方面更强调多种分析评价方法的综合评价，并取得了一定成果。公路建 设中亦日益重视滑( 边) 坡稳定性问题。 通过上面的阐述可看出滑( 边) 坡稳定性分析一直是学者研究的热点问题，众 多学者除了对传统的极限平衡方法改进外，还提出了许多新的分析方法。滑( 边) 坡稳定性评价方法虽然很多，但归纳起来主要分为三大类【4 3 】【删： 1 定性分析方法 滑( 边) 坡稳定性定性分析是在大量收集边坡及所在地区地质资料的基础上， 综合考虑影响边坡稳定性的各种因素，通过工程地质类比或图解分析等方法，对边 坡的稳定状况和发展趋势作出估计和预测。主要包括工程地质类比法、历史成因分 析法、图解法、模型分析、c s m r 评价体系、专家系统法等【4 5 1 。 2 定量分析方法 滑( 边) 坡稳定性定量分析需按构造区段及不同坡向分别进行。根据每一区段 的岩土技术剖面，确定其可能的破坏模式，并考虑所受的各种荷载( 如重力、水作 用力等) ，选定适当的参数进行计算。定量分析的方法主要有：极限平衡法、数值 分析法等1 4 5 。 极限平衡法常用的方法有瑞典法、b i s h o p 法、j a n b u 法、传递系数法等，这些 方法的主要优点是简便，但各种方法为了满足某些条件而建立了不同的假设，均具 有一定的适用范围和局限性( 部分方法的假定及其适用性见表1 1 ) ；而且不能真实 反映岩土体内部的应力。应变关系，稳定系数是滑动面上的平均值，带有一定的假 设性，也无法考虑累进性破坏对滑坡稳定性的影响【4 5 1 1 4 6 】；计算分析时一般都简化 为二维问题求解，无法十分客观地反映三维的实际情况，目前一些学者正在探索这 方面，但效果不甚理想【4 7 l 。 数值分析法：在滑( 边) 坡稳定性评价中常用的数值分析方法包括有限单元法、 边界元法、离散元法、块体理论等。这些数值分析方法本身具有较高的精度，但受 地质模型简化的力学模型和力学参数等的影响，使“高精度 的计算结果，难以作 出“高准确”的评价。 3 非确定性评价方法 非确定性分析方法是基于滑坡预测理论的广义系统科学原理，在类比法的基础