论文部分内容阅读
公路边坡的稳定性历来是地质灾害防治工作的重点，具有危害大，突发性，受人为因素影响较大等特点。因此，研究公路边坡的稳定性具有很重要的现实的意义。斜边坡的稳定性受坡体的物质组成、结构和环境三方面的综合影响。物质组成是边坡本身固有的性质，边坡的堆积体主要为次生岩土组，它是边坡岩土体沿某一滑动面所形成的岩土组，主要包括各种成分和成因形成的碎裂的岩体、砂土、粘土、碎块土等。边坡结构常常由不同的松散的岩土体构成，组成体有些是强透水性的，有些是弱透水性的，还有的是相对隔水层。边坡的物质组成及结构组成的特性决定了边坡稳定的内在的因素，但是这些只是相对稳定的。而环境条件是诱发边坡失稳的外在活跃因素，诱发边坡失稳的环境条件主要包括人类活动、降雨以及地震。大部分的滑坡都是在降雨和地震期间出现的，可见研究降雨和地震诱发滑坡具有极其重要的意义。
本文的研究内容来源于重庆市地质矿产勘查开发局地质灾害调查项目，本人跟随项目组于现场进行地质灾害详细的调查，对于主要由降雨引起该斜坡的变形滑动进行了现场的技术勘探，调研，监测和土工试验，取得了原始的第一手现场资料，主要研究成果包括以下几点:
1.详细了分析了所研究变形斜坡区地理位置和所处的地质环境，并在此基础上亲身历经详细的工程地质调查工作，查明了该斜坡的现场工程地质条件，包括地貌地形，地质构造特征和地层岩性，水文地质条件，气象特征，人类工程活动等，为进一步研究该变形斜坡的破坏机理和稳定性评价提供了研究基础。
2.根据斜坡不同结构类型，不同的覆盖层，不同的基岩裸露情况及其变形情况划分了6个区域，然后运用极限平衡法在天然状态和暴雨情况下对斜坡进行了稳定性的初步分析和评价，并得出相关的数据资料，为接下来的数值模拟和工程防治的提供数据参考。
3.简单论述了有限元的降雨和地震条件下边坡分析理论及Phase2折减法原理，并在此基础上，根据斜坡体的发育特征，选取典型截面3-3，利用有限元软件Phase2建立二维的工程地质模型。模型地层分为三层:土层，强风化碎石层，基岩层。计算中降雨选用Van-Genuchten非饱和水分特征模型，地震选用莫尔库仑本构模型。
4.计算模型边界条件的确定:
降雨模型:
(1)位移边界条件:模型X和Y方向两侧的边界及模型底部的边界均采用限制边界，而坡面则采用节点数据流量施加在斜坡体表面上的节点的自由边界。
(2)应力边界条件:初始应力场采用自重应力场，加速度为10m/s2。
(3)渗流边界条件:坡面为自由渗流面，其余为不透水边界。
地震模型:
(1)位移边界条件:模型X和Y方向两侧的边界及模型底部的边界均采用固定约束边界，而坡面则采用自由边界。
(2)应力边界条件:初始应力场采用自重应力场，加速度为10m/s2。
5.本次模拟所采用的参数是综合勘察试验结果及历史经验数据统计资料而得来的，利用Phase2软件对天然状态，降雨状态，地震状态下的斜坡的变形破坏机制和稳定性进行了分析，选取了临界变形的具体工况数据进行了位移场，应力场，孔压场，剪应变增量等的变化规律进行了模拟分析。
降雨情况:首先依据等降雨持续时间和等降雨强度下位移的变化值得出相应的关系曲线，然后选取降雨强度10mm/h，降雨持续时间24h非饱和土位移，应力，孔压场，剪应变增量的分析。
地震情况:地震水平峰值加速度0.1g条件下不同监测位置模拟分析的位移与地震加载时间关系曲线，然后选取临界变形的具体工况进行位移，应力及剪应变增量的分析。
对数值模拟分析可得以下结论:
天然状态下，安全系数1.12，在自重应力作用下，斜坡中部位移量极值0.216m，大致形成了一个圆弧形的滑动面，有蠕滑变形的趋势，但在没有外力的作用下，基本稳定。降雨状态下，安全系数0.98，在斜坡非饱和土体中降雨入渗导致土体孔隙水压力增加，基质吸力减小，抗剪强度降低，同时由于雨水的渗透，使非饱和土吸水容重增加，导致下滑力的增加和抗滑力的减小。与天然状态相比，斜坡的中部位移量极值达到0.48mm，斜坡开始沿着土层和破碎带的分界线发生向下的蠕滑变形，在大降雨和长降雨持续时间下最终导致牵引式滑坡。在降雨状态下，斜坡处在欠稳定状态中。
地震状态下，安全系数0.94，该斜坡主要受水平地震加速度的影响，坡面法向应力减小，下滑力增加，沿着滑动面向下移动，斜坡中部位移极值达到0.36mm，地震加载时间4s时处在失稳状态。在增大地震加载时间的效应下，斜坡将会向下滑动。
6.对比极限平衡法和数值模拟方法在降雨中的运用，极限平衡法下安全系数为1.15，数值模拟下为0.98，极限平衡法偏于安全。
7.在对斜坡稳定性评价之后提供了该斜坡的一些防治的建议，从工程实践出发，将理论性的研究成果运用于现实实践之中。
综上所述，模拟结果与斜坡实际情况基本吻合。经分析得知，该斜坡在天然状态下基本稳定;在降雨强度较大和降雨持续时间较长的情况下斜坡局部欠稳定，不加治理可能导致牵引式滑坡的产生;在地震加载时间4s时斜坡局部处在失稳状态，继续则发生破坏形成滑坡。可见，强度大持续时间长的降雨以及地震加载时间长是诱发该斜坡变形的主要外部因素。