渗水盲洞对某高速公路巨型滑坡稳定性的影响研究.doc

渗水盲洞对某高速公路巨型滑坡稳定性的影响研究周承淼1 ，曾青红2（1、江西省公路机械工程局，江西 南昌 330003）（2、江西省吉安市公路管理局吉水分局，江西 吉水 330016）摘 要：该文采用GEO-SLOPE软件中的渗流模块模拟了某巨型古滑坡的渗流场，分析设置渗水盲洞后的水位变化，再用稳定性分析模块，比较排水前后的滑坡稳定性，从而得出渗水盲洞对滑坡稳定性的影响。这为定量研究排水措施对边坡稳定性影响提供了一种可行的方法，可以为其它工程的研究提供一定的依据和参考。关键词：道路工程；巨型滑坡；稳定性研究 0 前 言随着工程实践的积累，人们越来越发现水对边坡稳定的重要性。据舍得葛伦1997年对无粘性土坡的稳定分析结果，若干坡的安全系数为1，则在稳定渗流作用下安全系数只有0.5【1】。这说明渗流作用对边坡稳定性影响相当严重，所以在计算边坡稳定的时候需要事先确定渗流要素。现以西南某山区高速公路沿线一巨型古滑坡为例对该问题及解决该问题的方法做一介绍。该滑坡三面临山，地形中部高两侧低，滑坡左侧壁以冲沟为界，右侧壁及后缘以缓坡与山体相接，滑坡舌则覆盖于坡前河流级阶地之上，其周界基本清楚。根据滑坡体三条纵断面验算成果，当滑坡体剩余下滑力趋于零时，滑坡的稳定性系数为1.972.87，滑坡的整体稳定性较高。但是由于坡前即为一常住人口过三万的县城，为确保人民生命财产的安全，经研究决定对其采取排水措施，即在坡体靠后位置修建横向渗水盲洞，以期通过降低水位，进一步加强坡体稳定性。1 工程地质条件 该区域位于川滇经向构造带中段，主要为南北向构造所控制，兼有北东向、北西向构造及相应伴生构造，使区内断裂纵横，岩体破碎。经地面调查及钻孔揭露，滑坡区地层由新生界第四系全新统人工堆积层、滑坡堆积层、坡崩积层、近代河流冲积层、第三系至第四系的昔格达组以及二迭系上统峨眉山组玄武岩等组成。滑坡区地下水类型主要有松散堆积层内的上层滞水、孔隙潜水和基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于滑坡体内的高（低）液限粘土、含砾低液限粘土层中，孔隙潜水主要赋存于滑坡体内的碎石土和级阶地的砂卵石层中，滑坡体中各层地下水水力联系较为密切。上层滞水及孔隙潜水主要接受大气降水、农田灌溉水和基岩裂隙水的侧向补给，并于坡脚、坡体内冲沟切割地带向外排泄。2 GEO-SLOPE软件简介GEO-SLOPE软件是GEO-SLOPE International Ltd.出品的土工有限元软件，有边坡稳定分析模块、渗流模拟模块、应力变形分析模块、地热分析模块和地震动态分析模块等。其中渗流模块是一个有限元软件程序，它能模拟孔隙水在多孔渗水介质如土壤和岩石里的运动以及孔隙水压力在多孔渗水介质如土壤和岩石里的分布状态，该模块全面准确的表达功能使得用来模拟简单或非常复杂的渗流成为可能。这个程序已经应用于分析和设计土木、水文地质和采矿工程等项目【2】。本文先用渗流模块分析得出的滑坡水头分布状态，然后把分析结果应用于边坡稳定性分析模块，得到设置渗水盲洞之后的稳定性情况。3 盲洞对滑坡稳定性影响分析3.1 计算参数的选定由滑坡治理工程平面图、纵剖面工程地质图及钻孔资料可知，滑坡第一层为滑坡堆积层，根据土工试验成果，考虑该层的地层结构，其土体的容重根据小块石质土、低液限粘土及含砾低液限粘土的密度进行加权平均，其综合容重取；而其、值则根据滑坡当前所处不同地段、不同的滑带土体，采用试验资料，进行综合取值，本文分析的纵剖面前级滑动面大部分为昔格达泥岩，故其 C=14.0KPa、。其次，该层结构不均，局部块、碎石或粉粘土分别富集；部分块、碎石强风化，故其透水性较好。其渗透系数与基质吸力的关系曲线取经验曲线如图1-a所示,其饱和状态时渗透系数K取1.400e-003cm/s。滑坡第二层为昔格达组泥岩，由于该岩层层面倾角13，成份以粘土矿物为主，泥质结构，薄层状构造，泥质胶结。结构不均，局部砂质或粉砂质富集，偶夹细砂岩透镜体，故其透水性较差，其容重取，粘滞力、内摩擦角，该层透水性弱，其渗透系数与基质吸力的关系曲线取经验曲线如图1-b,其饱和状态时渗透系数K取为5.5e-005cm/s。(a) (b)图1 渗透系数与基质吸力的关系曲线图3.2 滑坡渗流场的模拟本次计算以滑坡主轴纵剖面工程地质图为原型，模拟滑坡设有渗水盲洞后的渗流场。其分析模型如图2，比例为1:10000，模型高12m，宽72m。图2 滑坡渗水盲洞渗流场模拟模型对该渗流场作稳态分析，首先对于边坡后部的边界，由于无法确定后部的流量，所以无法应用流量边界。由地勘资料可知在雨季时滑体大部分有地下水，地下水位大致处于高程1170m，据此，将边坡后部边界条件定义为 Head(H)=10m。边坡下游边界定义为Head(H)=2m。对于渗水盲洞, 其水体以下边界为定水头边界，假设隧洞水体恒定，Head(H)=0.005m。由SEEP/W模块计算后的结果如图3、图4所示。图3 滑坡设渗水盲洞后渗流路径及矢量图 图4 滑坡设渗水盲洞后渗流总水头等值线图把模拟结果浸润线与滑坡的天然水位线相比较，设渗水盲洞后水位线降低，这将使大部分滑带土的抗剪强度得到提高，从而提高滑坡的稳定性。3.3 滑坡稳定分析数值模拟 滑坡的稳定分析采用SLOPE/W程序毕肖甫法，其孔隙水压力调用SEEP/W计算的总水头数据文件。滑坡滑动面由滑坡纵剖面工程地质图得到，滑动圆心任意假定。模拟计算考虑两种情况：滑坡设渗水盲洞和滑坡不设渗水盲洞。两种情况相比，只有孔隙水压力发生了改变。SLOPE/W程序调用总水头数据文件后进行计算其结果如图5、图6所示：图5 滑坡没设渗水盲洞的分析结果图6 滑坡设渗水盲洞的分析结果由图5、图6可知，滑坡在天然状态时，其模拟稳定安全系数为2.950，设渗水盲洞后其安全系数为3.398，稳定安全系数提高了15%。在滑坡治理设计中，通常分两种情况做定性讨论：一种情况是依据工程经验把滑带土内摩擦角提高1.5，同时考虑地下水位降低；另一种情况是仅仅考虑地下水位降低【3】。本文的数值模拟考虑的情况与第二种相同，得出的结论与地勘资料中定性讨论的结果相同，这都说明了采用渗水盲洞排水有利于降低地下水位，从而对滑坡稳定性有利。4 结 语水对边（滑）坡稳定性有诸多不良影响，一直是边（滑）坡工程的一个重要考虑因素。而地下水位高低是滑坡整体稳定的关键，本文采用GEO-SLOPE软件中渗流模块模拟坡体渗流场，分析设置渗水盲洞后的地下水位变化，再用稳定性分析模块，比较排水前后的滑坡稳定性，从而得出设置设渗水盲洞对地下水位线的降低，使大部分滑带土的抗剪强度得到提高，从而提高滑坡的稳定性有着重大的作用。参考文献：1手昶熙,李吉庆.土坡渗流整体