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我国西南地区处于地震带上,地震灾害多发;并且该地区降雨量较大,年降雨时间较长,因此研究降雨-地震共同作用下边坡稳定性非常必要。本文选取了某一级公路位于四川省凉山州会东县鲹鱼河镇滴水岩村附近斜坡中部的K342+080~K342+280边坡为工程背景,基于Midas-GTS软件在不同降雨强度、不同地震加速度、以及不同降雨强度-地震加速度组合工况下建立三维模型,研究边坡在不同降雨强度和地震加速度以及降雨-地震共同作用下的稳定性及变形规律;同时研究了在最不利降雨和地震耦合作用下边坡最容易出现破坏位置布置抗滑桩后边坡的稳定性与未布置抗滑桩的稳定性进行比较分析。本文着重研究的内容和取得的成果可分为如下几个部分:
(1)降雨工况下边坡随着降雨强度的增大孔隙水压力随之增大,当降雨强度达到80mm/d时,边坡孔隙水压力增大量会显著变大。且随着降雨强度的增大,孔隙水压力在坡面和坡顶位置由开始的负压慢慢向正压转换。随着降雨强度的增大,边坡最大位移值增大,当降雨强度大于80mm/d时最大位移值显著增大。随着降雨时长的减少,最大位移面面积随之减小,当降雨持续时长大于4d时,最大位移面面积主要集中在坡顶处,当降雨持续时长小于4d后最大滑移面面积显著减小,且向坡脚处转移。从各方向来看,X轴方向发生位移的敏感性大于Z轴,Y轴不发生位移。随着降雨强度的增大,边坡安全系数减小,当降雨强度大于80mm/d时安全系数显著减小,边坡的稳定性显著降低。
(2)边坡在地震工况下随着地震加速度的增大,边坡最大主应力明显增大呈折线状(拐点处为0.15g),与地震加速度成正相关,且边坡最大应力都出现在坡脚。从位移云图来看,最大位移都发生在坡脚处,五种不同工况下的总位移值分别为14.2mm、16.9mm、21.6mm、29.9mm以及57.9mm,随着地震加速度的增加,相应所发生的位移值也有所增加,且位移的这种增加幅度在地震加速度达到0.15g以上越来越大。从各方向位移敏感性来分析,Z轴最大,X轴次之,Y轴最小且远远小于X轴。安全系数是随着地震加速度的增大而呈折线状减小的(拐点处为0.15g),边坡的稳定性也是不断被削弱的。
(3)边坡在降雨-地震组合工况下的主应力大小与地震加速度成正相关,相反与降雨强度成负相关。当降雨强度40mm/d、持续时长2d且地震加速度为0.2g时边坡模型所承受的最大主应力最大为849KPa。当降雨强度为160mm/d,持续时间2d,地震加速度为0.2g时最大位移最大,其数值为158.3mm。X轴方向位移和Y轴方向位移的坡脚位置对于降雨-地震共同作用最为敏感,而Z轴方向位移对于坡脚和坡顶都比较敏感。X轴方向的位移敏感性大于Z轴方向的位移敏感性,Y轴方向的位移敏感性很小,可以用微小来概括。降雨-地震共同作用下其中降雨强度40mm/d,地震加速度0.05g时最安全系数最大;降雨强度160mm/d,地震加速度0.2g时最小。
(4)根据降雨-地震共同作用下的边坡稳定性说明了对边坡进行加固措施的必要性,基于Midas-GTS软件在降雨-地震共同作用最不利工况下加入抗滑桩后建立三维模型,加入抗滑桩后边坡自身抗滑移性能得到明显增强,位移量也明显减小,安全系数由未布置抗滑桩的0.46增加到符合《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013中要求大于1.15的1.39,安全性明显提升,为实际工程提供了科学设计依据。
(1)降雨工况下边坡随着降雨强度的增大孔隙水压力随之增大,当降雨强度达到80mm/d时,边坡孔隙水压力增大量会显著变大。且随着降雨强度的增大,孔隙水压力在坡面和坡顶位置由开始的负压慢慢向正压转换。随着降雨强度的增大,边坡最大位移值增大,当降雨强度大于80mm/d时最大位移值显著增大。随着降雨时长的减少,最大位移面面积随之减小,当降雨持续时长大于4d时,最大位移面面积主要集中在坡顶处,当降雨持续时长小于4d后最大滑移面面积显著减小,且向坡脚处转移。从各方向来看,X轴方向发生位移的敏感性大于Z轴,Y轴不发生位移。随着降雨强度的增大,边坡安全系数减小,当降雨强度大于80mm/d时安全系数显著减小,边坡的稳定性显著降低。
(2)边坡在地震工况下随着地震加速度的增大,边坡最大主应力明显增大呈折线状(拐点处为0.15g),与地震加速度成正相关,且边坡最大应力都出现在坡脚。从位移云图来看,最大位移都发生在坡脚处,五种不同工况下的总位移值分别为14.2mm、16.9mm、21.6mm、29.9mm以及57.9mm,随着地震加速度的增加,相应所发生的位移值也有所增加,且位移的这种增加幅度在地震加速度达到0.15g以上越来越大。从各方向位移敏感性来分析,Z轴最大,X轴次之,Y轴最小且远远小于X轴。安全系数是随着地震加速度的增大而呈折线状减小的(拐点处为0.15g),边坡的稳定性也是不断被削弱的。
(3)边坡在降雨-地震组合工况下的主应力大小与地震加速度成正相关,相反与降雨强度成负相关。当降雨强度40mm/d、持续时长2d且地震加速度为0.2g时边坡模型所承受的最大主应力最大为849KPa。当降雨强度为160mm/d,持续时间2d,地震加速度为0.2g时最大位移最大,其数值为158.3mm。X轴方向位移和Y轴方向位移的坡脚位置对于降雨-地震共同作用最为敏感,而Z轴方向位移对于坡脚和坡顶都比较敏感。X轴方向的位移敏感性大于Z轴方向的位移敏感性,Y轴方向的位移敏感性很小,可以用微小来概括。降雨-地震共同作用下其中降雨强度40mm/d,地震加速度0.05g时最安全系数最大;降雨强度160mm/d,地震加速度0.2g时最小。
(4)根据降雨-地震共同作用下的边坡稳定性说明了对边坡进行加固措施的必要性,基于Midas-GTS软件在降雨-地震共同作用最不利工况下加入抗滑桩后建立三维模型,加入抗滑桩后边坡自身抗滑移性能得到明显增强,位移量也明显减小,安全系数由未布置抗滑桩的0.46增加到符合《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013中要求大于1.15的1.39,安全性明显提升,为实际工程提供了科学设计依据。