【《滑坡加桩后渗流与应力应变分析案例》6100字】

滑坡加桩后渗流与应力应变分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u12497滑坡加桩后渗流与应力应变分析案例 186881.1基于Seep/w模块对史家坡滑坡加桩后渗流场分析 1111511.1.1史家坡滑坡加抗滑桩计算模型建立 191961.1.2渗流计算方案 3139801.1.3Seep/w渗流分析计算与结果分析 563721.2基于Sigma/w对史家坡滑坡加桩后变形演化过程分析 8148341.2.1史家坡滑坡加桩后渗流应力耦合计算模型 8313051.2.2渗流应力耦合计算方案 974721.2.3史家坡滑坡加桩后Sigma/w渗流应力耦合计算与结果分析 11239061.3基于Slope/w模块对史家坡滑坡加桩后稳定性分析 181.1基于Seep/w模块对史家坡滑坡加桩后渗流场分析1.1.1史家坡滑坡加抗滑桩计算模型建立由于史家坡滑坡在库水位的波动作用下滑坡的变形较大，滑坡整体处于稳定性较差的状态，滑坡可能发生变形甚至破坏，因此对史家坡滑坡进行治理。为研究史家坡滑坡加抗滑桩治理后在库水位波动作用下渗流场的变化情况以及渗流与应力耦合作用下的滑坡应力变形演化情况的分析，根据滑坡勘察报告以及设计报告，依据史家坡滑坡的结构特征以及稳定性分析，史家坡滑坡主剖面布设一排抗滑桩，抗滑桩布设在高程190m左右处，抗滑桩桩长29m，桩截面采用2.5m×3.6m，其中入基岩段8m，横向桩间距6m，一共14根。主剖面抗滑桩治理剖面位置图如下图1.1所示：图1.1史家坡滑坡主剖面抗滑桩位置图根据史家坡滑坡勘察与设计报告，对史家坡滑坡主剖面加桩位置图进行概化，概化之后的模型如下图1.2所示，同样由于史家坡滑坡在库水位的波动作用下，滑坡前缘发生了变形破坏，因此，在材料设置上，将史家坡滑坡模型分为天然状态下的滑体，主要为滑坡后缘，以及饱和状态下的滑体，主要为滑坡前缘；同样滑带也分为天然状态下的滑带，主要为滑坡后缘，饱和状态下的滑带主要为滑坡前缘，其中滑坡前缘的滑体与滑带为研究重点区域。图1.2史家坡滑坡加抗滑桩后计算模型图1.1.2渗流计算方案（1）计算参数的选取由于Geostudio软件是二维有限元分析软件，只能模拟一个剖面上的滑坡加桩情况，而抗滑桩的渗透系数非常小，基本不透水，但是抗滑桩对于整个滑坡来讲体积不是很大，因而对滑坡体内部地下水渗流场的影响不大，因此在史家坡滑坡加桩以后的渗流计算模型中，将抗滑桩对应于滑体、滑带以及滑床的三个部位分别设置与滑坡滑体、滑带与滑床相同的渗透系数，从而使抗滑桩对整个滑坡地下水渗流场的影响较小，史家坡滑坡加桩后的各部位相关计算参数如下表1.1所示：表1.1史家坡滑坡各地层以及抗滑桩各部位参数表材料孔隙比渗透系数/m/d滑体0.3922.35滑带0.29250.24基岩床0.10.000167抗滑桩上部0.3922.35抗滑桩中部0.29250.24抗滑桩下部0.10.000167由于史家坡滑坡加桩后滑体、滑带与滑床渗透系数以及孔隙比等参数与加桩前滑体、滑带与滑床的参数均保持一致，因此，各地层土水饱和曲线与渗透函数与加桩前保持一致，详见图3.6-图3.11所示。（2）史家坡滑坡地质模型有限元网格的剖分：接下来对模型进行有限元网格剖分，由于滑带以及抗滑桩是本章的重点研究区域，因此在滑带以及抗滑桩处剖分网格比较精细，滑带处与抗滑桩处均剖分1m尺寸的网格，其余部位网格剖分尺寸为10m，模型共计16185个结点，16736个单元，网格剖分后的滑坡模型如下图1.3所示：图1.3史家坡滑坡加桩后几何模型与网格剖分图（3）计算方法以及边界条件的确定仍采用饱和-非饱和渗流理论计算史家坡滑坡加桩后的地下水渗流场动态变化过程。边界条件根据第四章史家坡滑坡加桩前的主剖面钻孔水位数据以及概化结果确定滑坡左侧为210m定水头；为了研究渗透特性对史家坡滑坡的演化过程的影响，为了更加真实地模拟库水位波动对史家坡滑坡渗透特性的变化情况，通过搜集史家坡滑坡在抗滑桩支护治理前后，以及抗滑失稳前后的库水位波动情况，仍然选取了2006年1月-2007年5月1.5个水文年中库水位随时间的变化函数H（t）（单位m）如下图1.4所示，与史家坡滑坡加桩前库水位波动边界条件保持一致。图1.42006年1月-2007年5月三峡库区库水位调动情况1.1.3Seep/w渗流分析计算与结果分析史家坡滑坡建立模型完成以后，利用Seep/w模块进行计算分析，通过命令将自动求解得到史家坡滑坡在加桩前的渗流场以及浸润线的变化情况。通过软件中的云图以及后处理工程可以查看结果。由于史家坡滑坡加桩后地下水渗流场的变化情况直接影响史家坡滑坡变形演化的过程，因此，史家坡滑坡在加桩以后的渗流场变化情况有必要分析研究。史家坡滑坡加桩后地下水渗流场孔隙水压力变化云图如下图1.15所示，关键时间段的地下水浸润线的变化情况如下图1.16所示：a、史家坡滑坡加桩后0day孔隙水压力分布b、史家坡滑坡加桩后140day孔隙水压力分布c、史家坡滑坡加桩后260day孔隙水压力分布d、史家坡滑坡加桩后300day孔隙水压力分布e、史家坡滑坡加桩后400day孔隙水压力分布f、史家坡滑坡加桩后515day孔隙水压力分布图1.5史家坡滑坡加桩后关键时间点孔隙水压力变化图a、10-150day库水位从高水位下降浸润线变化图b、150-300day库水位从低水位上升浸润线变化图c、400-515day库水位从高水位下降浸润线变化图图1.6加桩后各阶段滑坡体坡体内浸润线变化情况根据图1.5史家坡滑坡加桩后各关键节点孔隙水压力的变化以及图1.6关键阶段浸润线的变化情况，我们可以分析出在史家坡滑坡加桩后地下水渗流场变化情况与加桩前变化不大。根据图1.6b所示，由于库水位从135m低水位上升到155m高水位时坡体内的地下水滞后效应的影响，从而使浸润线呈现上凹的趋势，又由于上升速率为0.5m/d，库水位上升速率比较快，因此从图中可看出浸润线比较稀疏，坡体内孔隙水压力变化比较快；根据图1.6a与图1.6c可知，由于库水位从高水位下降到低水位，坡体内孔隙水压力逐渐减小，由于滑坡坡体内地下水的滞后效应的影响，导致坡体内浸润线呈略微下凸的趋势，但是由于图1.6a库水位从138m水位下降到135m水位的下降速率为0.3m/d，而图1.6c库水位从155m水位下降到144m水位的下降速率为0.1m/d，可以明显看到图1.6a的浸润线下凸的程度比较大，而且浸润线较稀疏，说明滑坡坡体内地下水滞后效应越明显，对滑坡越不利。根据史家坡滑坡加桩后地下水渗流场的变化情况与第四章加桩前地下水渗流场的变化情况相比，由于抗滑桩上中下部位的渗透系数与孔隙比跟滑坡的滑体、滑带与滑床等效一致，但是抗滑桩处有限元网格剖分更加细致，结果也说明抗滑桩对史家坡滑坡整个坡体内地下水渗流场的变化情况影响不大，这与实际结果比较符合。1.2基于Sigma/w对史家坡滑坡加桩后变形演化过程分析1.2.1史家坡滑坡加桩后渗流应力耦合计算模型基于前一节史家坡滑坡加桩后的Seep/w渗流场计算结果，导入到Sigma/w模块中，从而建立史家坡滑坡加桩后渗流应力耦合的计算模型，同时，Sigma/w模块继承Seep/w模块的有限元网格剖分、滑坡各地层的渗透系数以及孔隙比等参数，同时继承Seep/w模块的计算结果，因此，在Sigma/w模块的有限元网格剖分，依然是共计16185个结点，16736个单元，有限元网格剖分后的模型如下图1.7所示：图1.7史家坡滑坡加桩后渗流应力耦合应变演化计算模型图1.2.2渗流应力耦合计算方案（1）计算参数的选取在史家坡滑坡渗流应力耦合模型建立完成后，需要确定史家坡滑坡各地层的基本物理力学参数以及抗滑桩的物理力学参数，在Geostudio软件中，对抗滑桩的模拟采用实体单元进行模拟，因此需要输入抗滑桩的物理力学参数，根据勘察报告对史家坡滑坡各地层基本物理力学参数的确定，在史家坡滑坡加桩后的各地层物理力学参数与加桩前的物理力学参数基本保持一致，同样，为了使滑坡模型在计算过程中更接近真实情况，在模型分层上考虑了饱和状态与天然状态各地层的物理力学参数，并考虑了在库水位波动下岩土体力学参数弱化的影响。通过对滑坡合理的地层分层，使史家坡滑坡加桩后的模拟更加符合在库水位的波动影响下滑坡的渗流与应力耦合作用下的滑坡演化过程的模拟，史家坡滑坡各地层以及抗滑桩的岩土力学参数如下表1.2所示：表1.2史家坡滑坡各地层以及抗滑桩的岩土力学参数滑坡结构物质成分C/KPaφ/°μ（泊松比）γ/KN/m³E（弹性模量）/MPa滑体（饱和）粉质粘土、粉质粘土夹碎石，碎块石土30200.3022470滑体（天然）粉质粘土、粉质粘土夹碎石，碎块石土34230.3124500滑带（饱和）粘土、粉质粘土1715.710.342026滑带（天然）粘土、粉质粘土22200.342128基岩床泥质粉细砂岩、粉砂质泥岩、泥灰岩、灰岩2160340.262635000抗滑桩混凝土0.1629000（2）计算模型的确定史家坡滑坡加桩后个地层的计算模型均与滑坡加桩前的计算模型保持一致，即初始应力场下，滑坡滑带天然状态与饱和状态均选择线弹性（w/孔隙水压力变化）模型，滑体天然状态与饱和状态均选择线弹性（w/孔隙水压力变化）模型，滑床选择线弹性（有效）模型；在初始应力场计算的基础上，考虑库水位的波动下史家坡滑坡加桩前的应变演化过程，滑带天然状态与饱和状态均选择弹塑性（有效）计算模型，滑体天然状态与饱和状态选择线弹性（有效）模型，基岩床也选择线弹性（有效）模型计算。抗滑桩由于不会发生塑性变形，因此在初始应力场下以及库水位波动过程中均选择线弹性（w/孔隙水压力变化）模型。（3）边界条件的确定由于Sigma/w模块不继承Seep/w模块的边界条件，因此需要重新设置，史家坡滑坡加桩后模型在滑坡左边界以及右边界设置固定X方向位移，在滑坡底部设置固定X/Y方向位移，在坡体上仍然需要设置因库水位波动引起的动水压力的边界条件，输入函数与滑坡加桩前Seep/w的动水头函数一致（式3.18），并取重力加速度9.807KN/m³。设置边界条件后的史家坡滑坡加桩后的计算模型图如下图1.8所示：图1.8史家坡滑坡加桩后计算模型边界条件设置图1.2.3史家坡滑坡加桩后Sigma/w渗流应力耦合计算与结果分析史家坡滑坡加桩模型建立完成，在边界条件确定以后，通过Sigma/w模块自动计算功能对模型进行计算求解，可以得到史家坡滑坡在加桩后由于库水位的波动，孔隙水压力与岩土体应力耦合作用下的变形演化过程，通过Sigma/w强大的云图后处理功能，可以对史家坡滑坡的变形演化过程中的最大剪应变增量变化情况与xy方向位移情况可视化显示，通过提取6个关键时间点的xy方向的位移变化情况（图1.9）以及最大剪应变的变化情况（图1.10）进行分析。a、加桩后0dayxy方向位移b、加桩后150dayxy方向位移c、加桩后260dayxy方向位移d、加桩后300dayxy方向位移e、加桩后350dayxy方向位移f、加桩后400dayxy方向位移g、加桩后465dayxy方向位移图1.9史家坡滑坡加桩后关键时间点xy方向位移变化图根据图1.9所示史家坡滑坡加桩后由于库水位的变化，在1.5个水位波动周期内xy方向位移的变化情况，结合上一节史家坡滑坡加桩后地下水渗流场的变化情况分析，在水库运营期间，由于库水位的变动导致滑坡坡体内地下水渗流场的不断变动，从而导致史家坡滑坡的变形演化，因此库水位的变动导致坡体内地下水渗流场的动态变化过程作为史家坡滑坡演化发展的重要驱动因素。根据史家坡滑坡加桩后重要时间节点的xy方向的位移变化情况，从库水位138m水位下降到135m水位的过程中，下降速率0.3m/d，由图1.9a-b可知，库水位下降过程中，滑坡中前缘滑体xy方向位移明显增大，但由于抗滑桩的作用，xy方向位移增大量小于未加桩时的位移增大量；当库水位从135m低水位上升到155m高水位，上升速率为0.5m/d时，根据图1.9c-d可知，在库水位快速上升的过程中，滑坡滑体的xy方向位移不断增大，又由于抗滑桩的作用，使滑坡位移的增大量远小于未加桩时的位移增大量；当库水位从155m高水位下降到144m低水位的过程中，下降速率0.1m/d，根据图1.9f-g可知，由于库水位下降速率较小，加上抗滑桩的作用，从而使滑体xy方向的位移有所减小，且桩后的位移变化更小，这说明抗滑桩提供了抗滑力，有效地减缓了滑坡的位移变形。总的来讲，史家坡滑坡加桩后与未加桩时的滑坡滑体xy方向位移变化情况相比，加桩后由于抗滑桩提供了抗滑力，滑坡各阶段位移的增大量明显小于未加桩的增大量，尤其是桩后坡体的xy方向位移明显减小。a、加桩后10day最大剪应变增量b、加桩后150day最大剪应变增量c、加桩后260day最大剪应变增量d、加桩后300day最大剪应变增量e、加桩后400day最大剪应变增量f、加桩后465day最大剪应变增量图1.10史家坡滑坡加桩后关键时间点最大剪应变增量变化图根据史家坡滑坡加桩后最大剪应变增量变化情况，结合图1.9各阶段史家坡滑坡滑体XY方向位移的变化情况，史家坡滑坡在库水位上升以及下降的过程中，均会使滑带最大剪应变增量增加，库水位由135m低水位（260d）上升到155m高水位（300d）的过程中，上升速率0.5m/d，由于上升速率比较大，由图5.10c-d所示，史家坡滑坡滑带最大剪应变增量逐渐向前缘扩展，最大剪应变增量不断增大，但是由于抗滑桩的作用，可以由图1.10d看到，抗滑桩阻碍了滑带最大剪应变增量的扩展，抗滑桩桩后的最大剪应变增量增长较小；同样在库水位从155m水位下降到144m水位的过程中，在史家坡滑坡未加桩前，随着库水位的下降，滑坡最大剪应变增量逐渐增加，而根据图1.10e-f可知，在抗滑桩的作用下，史家坡滑坡桩后的最大剪应变增量未见明显增加。总的来说，对比史家坡滑坡加桩前以及加桩后滑坡滑带最大剪应变的变化情况，抗滑桩为滑坡提供了抗滑力，从而阻碍了滑坡滑带最大剪应变增量的发展，从模拟的结果来看，可以明显看出在加桩后各阶段抗滑桩桩后的滑带最大剪应变增量增加不明显，整个滑带的最大剪应变增量也比未加桩时减少。Geostudio软件中对于有限元网格结点有数据监测功能，为了分析在库水位波动过程中史家坡滑坡抗滑桩的变形情况，对抗滑桩左侧壁的有限元网格结点进行了XY方向位移提取分析，提取单元节点位置图如下图1.11所示，并提取关键时间段绘制曲线图如下图1.12所示：图1.11抗滑桩位移监测点位置图a、15d-145d抗滑桩位移监测点XY方向位移变化图b、145d-265d抗滑桩位移监测点XY方向位移变化图c、285d-405d抗滑桩位移监测点XY方向位移变化图图1.12抗滑桩位移监测点关键时间段XY方向位移变化图根据抗滑桩左侧有限元网格节点监测的XY方向位移变化图，抗滑桩位于基岩床的锚固段位移近乎为零，抗滑桩位于滑带以及滑体部位的非锚固段由于滑坡的变形，使抗滑桩位于滑带到滑体段位移逐渐增大，地表处位移最大。从时间上来看，刚开始库水位保持138m水位并逐渐下降到135m水位的过程中，根据图1.12a所示，抗滑桩非锚固段的位移逐渐增大；在库水位保持135m水位的时间段，根据图1.12b所示，抗滑桩非锚固段的位移比较稳定，略微增大；当库水位由135m水位