饱和粉土地区边坡降水稳定性分析

1、饱和粉土地区边坡降水稳定性分析【摘要】本文通过FLAC程序结合强度折减法对边坡在水土耦合作用下的稳定性演变举行了水土耦合分析，对水动力条件转变后饱和粉土边坡的稳定性举行研究。研究表明降水对于边坡的稳定性具有直接提升作用，边坡的整体稳定性提高了约7%。 【关键词】FLAC 稳定性 降水 一、饱和粉土地区边坡稳定性研究现状 郑州市邙山干渠输水工程部分地段位于饱和粉土，沟槽开挖控制着工程的进度和造价，因此对开挖中渗流与边坡稳定性关系举行研究，是保证顺当开挖的关键。 关于饱和与非饱和状况下渗流对边坡稳定性研究始终是一个热点和难点。渗流进展始于18世纪中期，线性渗流定律(达西定律)为渗流理论的进展奠定了

2、基础。渗流微分方程适用于求均质渗流介质和容易边界条件的解析解，电拟法为解决比较复杂的渗流问题供应了一个有效的工具，后来逐步进展了电网模拟法。 直到数值模拟应用到Richards控制方程中以后，使得饱和-非饱和的渗流场获得合理的数值解成为可能，随着有限元技术的进展和渐渐成熟，有限元方法成为求解饱和-非饱和渗流问题的主要方法。 近年来，因为非饱和土理论的进展，国内外学者越来越留意非饱和土的性质研究和对边坡或滑坡稳定性的影响研究。我国也有不少专家对饱和非饱和渗流做过研究。饱和渗流对边坡的稳定性影响主要体现在如下一些方面：饱和后有效重度降低、渗透形成的动水压力、排水和不排水等方面。 对于动水压力的考虑

3、，另外一种方法是降土和水的混合体作为研究对象。渗透压力(或动水压力)与土条中的水重和周边静水压力是一对平衡力。以此为基础，在浸润线以下，稳定系数仅与渗透压力 D和土条浮重有关。因此，当用渗透压力表述稳定系数时，对于浸润线以上取自然分量，对浸润线以下取土条浮重和渗透压力即可。这样可把水压力和水重用一个渗透力 D代替，使问题变得容易。 二、饱和土体开挖段地质条件 浅层为粉土层，灰黄色，饱和，稍密状，具有析水性。厚度约为4m。 下部为夹粉砂粉土层，褐黄色，饱和，稍密，震惊析水更为显然，厚度约为6m。 因为管道施工地段地下水位浅且土质主要属于松散的粉土，工程性质较差，开挖简单消失事故。采用支护施工不经

4、济合理，因此采用降水施工，利用土体的自身强度来维持边坡的稳定性有实际意义。 三、FLAC差分程序在饱和粉土边坡水土耦合分析 FLAC (Fast Lagrangian Analysis of Continua)是由美国Itasca Consulting Group Inc开辟的三维显式有限差分法程序，它可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为。在FLAC中，可以对地下水的渗流举行模拟。在得到渗流场的条件下，采用水土耦合技术可以得到边坡的稳定性，边坡的稳定性采用强度折减法求得。 在FLAC中，可以对地下水的渗流举行模拟。在得到渗流场的条件下，采用水土耦合技术可以得到边坡的稳定性，边坡的稳定性采用强度

5、折减法求得。 按照工程地质条件，建立起数值分析的几何模型，数学模型采用摩尔-库仑模型。 四、降水对边坡稳定性影响分析 降水是保证基础开挖的前提条件，由于在具有渗流条件下的边坡，边坡内地下水动力对边坡的稳定性具有显然的负面作用。因为降水，加大了土体的有效重度，提高了土体的有效强度，但也加大了下滑力。通过对耦合土水互相作用的边坡稳定性举行分析，为工程实践和优化设计供应理论依据。 分析过程中，分离设定不同的井水位，计算得到各井水位下的渗流场，以此作为前提对边坡的稳定性举行分析。计算中分离设定降深为0m、2.5m、4.5m、6.5m、8.5m等5个降深。各个降深下的孔隙水压力分布如图2所示。同时可以得到各孔隙水压力分布状况下的边坡的破坏区别布图。 通过计算可以看出： (1)降水导致渗流场渐渐远离危急区域，对于边坡的稳定性的提高将会有显然的作用，导致破坏区域的面积渐渐缩小，特殊是2.5m与4.5m等几个降深。 (2)降水对边坡稳定性的影响在初期十分显然，随着水位渐渐降低，地下水位变化对边坡的稳定性影响幅度渐渐削减，到最后基本没有影响。 从整体稳定性变化来分析降水对边坡的稳定性影响，降水导致边坡的整体稳定性