论文部分内容阅读
我国华中地区湖泊众多，随着城市经济的快速发展，开发矿藏、修筑水利工程等人类活动逐渐向河湖区延伸，修筑于湖相沉积软土地基之上的土石围堤工程越来越多，面临的主要工程地质问题就是软土地基的固结沉降和稳定性研究。软土在我国分布广泛，具有含水量大、压缩性高、强度低和透水性差等特点，在工程建设中容易形成隐患甚至诱发事故，所以软土地基处理方法和构筑物的稳定性分析已经成为需要高度重视的关键课题。为此，本文在总结前人研究工作的基础上，依托城门山铜矿三期开采面临的围堤土石坝填筑工程做了一些数值模拟工作，通过稳定性分析论证了该土石坝填筑工程的可行性。此外，按照土石坝不同的运行条件，讨论了软土的固结沉降、坝坡渗流、坝坡和地基稳定性、动力响应和粉土地基液化等主要的工程问题，并给出了相应的工程建议，具有一定的实用价值。得到的主要研究成果如下: (1)考虑软土的大变形特征，采用Plaxis程序建立平面应变模型，实现了分级填筑过程的有限元模拟。第一层填筑完成后软土地基中的超静孔隙水压力快速增长，经历120天的固结期后能够消散90％以上，随后消散速率越来越慢，软土地基固结度的增长也越来越慢。最终的总沉降将达到1m以上，坡脚的隆起变形值将达到0.1m，软土地基中也会发生较大的水平位移。施工期基于强度折减法的稳定性分析结果表明，第二级填筑安全系数较低，是控制施工期间稳定性的关键工序。填筑速率对最终沉降值的影响不大，越慢的填筑速率越有利于稳定性，但是安全系数的增幅不大。减小每次填筑高度、增加填筑分层次数更能提高施工期的安全系数，所以建议增加分层填筑的层数并结合较慢的施工速率来保证施工期安全。如此一来，填筑方案才具有更高的可行性。施工过程中可以通过堤脚外的压载和加筋等措施提高抗滑稳定性，并对位移和孔压进行全程动态监测以此指导施工。 (2)考虑坝身填土的非饱和渗流特征，基于极限平衡法计算了土石坝正常运用条件下的渗流稳定性。通过GeoStudio中SEEP/W和SLOPE/W两个模块来实现耦合分析，渗流计算表明，当坝体防渗满足要求时，断面中渗流流速和流量均较小，坝坡渗流逸出处不会发生渗透破坏。极限平衡法的计算结果表明渗流期坝坡也能够满足稳定性要求，而且防渗效果越好，坝体中的浸润线就越低，安全系数就越大。 (3)考虑土体的动力非线性特征，利用等效线性模型计算了坝体的动力响应和动力稳定性。地震荷载下的稳定性和粉土地基液化分析通过耦合QUAKE/W、SLOPE/W和SIGMA/W三个模块来实现。结果表明，在设计地震荷载作用下，软土对地震波具有明显的放大效应，坝体震后会发生较大的以沉陷为主的永久变形，可能导致裂缝萌生和扩展。粉土液化分析结果表明，地震过程中孔隙水压力上升幅度较小，循环应力比也相对较小，不致于发生液化现象。