渗流作用下高陡路基边坡稳定性与孔隙水压力分析

来源 :建筑遗产 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qq619609199
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:降雨对路基边坡稳定性和孔隙水压力分布产生重要的影响,会增加重力、减小有效应力、减小土体的抗剪强度,百害无一利。根据变形特点,得到了土体在降雨延时作用下路基土体变形的计算模型。結合工程算例,获得了孔隙水压力和边坡土体的垂直位移分布,在坡肩、边坡上部浅层和坡脚的局部范围是该类边坡重点防护区域,以供借鉴。
  关键词:路基边坡;渗流;稳定性;孔隙水压力
  1 引言
  国家改革大潮和基础建设的大量兴建,给深圳交通设施带来了飞速发展,密布着各等级公路、城市道路、城际轨道等交通建设项目。路基边坡作为该类工程的重要组成部分,已呈现高陡、地质条件赋存复杂、管理难度大、治理成本高等特点,加上最近数月的强降雨,边坡已受到不同程度的冲刷,甚至在局部范围出现了蠕滑变形,交通隐患重重,因此对渗流作用下高陡路基边坡稳定性与孔隙水压力分布特征进行分析减少灾害发生势在必行。
  2 渗流特性分析
  道路路基土质边坡在降雨渗流条件下的变形特性、稳定性和孔压变化主要呈现在路基边坡土体介质渗流的特殊性,加上降雨渗流汇源,一方面是在路基两侧(坡体外和坡体内)沿自由面水位差而引起的降雨渗流;另一方面主要表现为在路基坡顶和坡面持续降雨,当降雨入渗强度大于蒸发强度,而引起渗流,并且当坡顶和坡面得降雨入渗强度大于蒸发强度引起的渗流表征了路基边坡渗流的特殊性,这样在持续一段时间降雨入渗后,在边坡上部局部范围形成暂态饱和区,随着降雨延时,该暂态饱和区将处于饱和状态,因此降雨入渗诱发的土体渗流也主要集中在路基的上部,这与传统饱和土体在整个范围内的渗流有很大的区别。
  为简化分析与研究高陡路基边坡土体介质在强降雨条件下的渗流特征,文中的渗流条件符合Darcy定律的饱和土渗流特性,并且渗流土体为均质、连续、各向同性介质,可以假定为连续介质,这样可以认为渗透系数 是常量,渗透系数不随体积含水量或基质吸力的变化而变化,根据流量守恒关系,渗流控制方程为:
  (1)
  式中, 为渗透系数, 为水的密度, 为汇(源)项, 为土水特征曲线斜率,其中
  (2)
  式中, 为体积含水量, 为基质吸力。
  从式(2)看出,路基边坡土体的渗流特性与其饱和程度有很大的联系,同时非饱和土体渗流比饱和土体渗流特性无论从理论、计算、实验、还是工程应用等方面都远远要复杂多。
  图1说明了降雨条件下水流在边坡土体中的渗透特性,在溢出面和自由面处的水头是不断变化的,并且在浸润线以上边坡土体处于非饱和状态,可以用非饱和土渗流理论来分析,主要表现为由基质吸力引起的负孔隙水压力作用在介质内,因此负的孔压引起有效应力增加,增加土体抗剪强度,这对路基边坡稳定是有利的;然在在自由面以下土体处于饱和状态,采用饱和土渗流理论,主要表现为正的静孔隙水压力和超孔隙水压力影响,甚至动水压力作用,使得路基土体的有效应力降低,引起抗剪强度指标降低,加上重力增加,有效应力减小,这对边坡稳定是极为不利的。
  图1 边坡渗流边界条件
  式(1)的渗流微分方程定解条件为
  (1)水头边界
  (3)
  (2)流量边界
  (4)
  (3)溢出面边界
  (5)
  (4)浸润线水头
  (6)
  (5)初始水头
  (7)
  式中, 为边界面法向流量。
  根据以上边界条件,可以得到控制方程的解答。其中已知渗透系数、降雨量、溢出面水头,就很容易地得到边坡坡体内浸润线随时间变化的关系。
  3 路基土体变形分析
  依据路基土体变形的特点,自变形开始至破坏整个过程中,路基结构表现出过大的变形量或发生位移突变现象。文中用改进的西原蠕变模型来计算,该模型是由H-K模型、粘塑性模型、加速剪切非线性元件串联而成,塑性特性由M-C塑性屈服准则实现,如图2所示。
  图2 改进的西原蠕变模型
  图2中, 为反映路基失稳破坏的安全滑动力(属亚稳定蠕变),该情形下软土路基出现安全塑性区,不会出现承载力失效,其值取长期强度值; 为加速剪切力,出现地基失稳加剧的塑性区; 为剪切弹性模量; 为粘弹性剪切模量; 为粘弹性粘滞系数; 为粘塑性粘滞系数; 为加速剪切蠕变体元件。
  文中引入的非线性塑性蠕变元件,它具有典型的非线性牛顿体类似特征:
  (8)
  4 工程算例
  文中算例选用深圳市境内某城市道路高陡路基土质边坡工程,该研究路段地层主要为粉质粘土(Q4al+pl),呈褐黄色,黄灰、稍湿~湿、可塑~硬塑状态。含氧化铁、铁锰结核。韧性大,无摇振反应,干强度高,稍有光泽。其静力触探比贯入阻力一般为2.0~2.1MPa,平均为2.1 MPa。标准贯入试验N=10-17击/30cm。拟建场地的地下水分布类型主要为浅部的第四系上层滞水,并且地下水主要赋存于粉质粘土中部,直接受到大气降雨和地表径流的补给。根据现场调查,结合路基边坡横断面结构尺寸,计算范围高度为55 m,地步计算总宽度为80 m,坡顶宽度为54m,边坡高度为30m。分析模型采用四面体计算单元,共划分1637个节点,4102个单元,位移边界下部固定,左右两侧水平固定,上部和坡脚自由,渗流边界为透水边界。不考虑坡顶超载、施工和地震的影响。
  图3 路基边坡范围(单位:m)
  图4 降雨5小时孔隙水压力分布
  从图4可以看出,降雨5小时后,边坡土体孔隙水压力有负的孔压和正的孔压分布,其中负孔压主要集中在坡肩、边坡上部浅层和坡脚的局部范围,最大负孔压为116kPa,最小负孔压为为25kPa;最大正孔压为120 kPa,主要集中在坡底下部局部范围,浸润线见孔压为零的位置,在坡脚范围以下。
  图5 降雨5小时垂直位移分布
  从图5可以看出,降雨5小时后,边坡土体主要变现为指向下方的负位移,最大负位移为3.4cm,主要分布在坡肩沿中上部坡面浅层区域,在浸润线以下部位位移很小,最大位移仅5mm,因此,在降雨渗流延时条件下,在坡肩、边坡上部浅层和坡脚的局部范围会出现滑动,这是高陡路基土质边坡防护与加固的重点区域。
  5 结论
  结合物理模型,文中得出了渗流条件下的控制方程和定解条件,依据边坡土体的变形特点,得到了土体在降雨延时作用下路基土体变形的计算模型。结合工程算例,计算得到在高陡路基边坡稳定性和孔隙水压力分布受降雨很明显,尤其在降雨持时作用下,在坡肩、边坡上部浅层和坡脚的局部范围将会出现不同程度的滑动。
  参考文献:
  [1]李萍;张毅;房明;土质高边坡的降雨渗流场数值模拟分析[J].建筑科学,2009,25(1):28-33.
  [2]张洪全;考虑降水渗流对边坡稳定性影响分析[J].工程与建设,2009,23(6):854-856.
  [3]崔星,袁丽侠,陆彦俊.台风诱发滑坡灾害的机理[J].自然灾害学报,2010,19(2):80-84.
  [4]李萍,张琦,陈小念.降雨条件下饱和-非饱和土的渗流分析[J].兰州理工大学学报,2007,33(6):115-118.
  作者简介:
  王凌(1979年-),男,湖南人,工程师,主要从事道路工程的工作。
其他文献
摘要:伴随着经济的快速化发展,城市化发展速度也不断提升,城市规模的不断扩大,必然会引起工程道路的不断增多。在经济的不断的促动下,城市道路也经历了高速增长的时期,目前,城市道路仍然在大刀阔斧的开工建设之中。在城市道路建设施工过程中,预应力技术也被广泛应用。本文结合目前城市道路建设施工过程中预应力技术的应用进行综合性的分析评价,对预应力应用过程中所遇到的问题进行简单扼要的阐述,来促进预应力技术的不断发
期刊
关键词:装饰工程项目;现场施工管理;问题  装饰工程项目的现场施工管理,是工程确保质量、安全、进度的重要方面,笔者认为必须抓好以下几方面的问题。  1.技术问题。工程项目特别是装饰工程施工工艺复杂,材料品种繁多,各施工工种班组多,要求现场施工管理人员务必做好技术准备。首先,必须熟悉施工图纸,针对施工合同要求,尽最大限度去优化每一道工序,每一分项(部)工程,同时考虑自身的资源(施工队伍、材料供应、资
期刊
摘要;我国是水利大国,水利工程的正常运行是关系国计民生的大事,水利工程管理有了顺畅的体制才能保证水利工程设施功能的充分发挥,水利工程管理体制的改革非常重要。近年来,关于水利工程管理体制存在的问题日趋明显,这不但影响到我国水利工程事业的发展,而且将影响到我国实施可持续发展战略,文章将探析水利工程管理体制模式,进一步提出有效地改革措施。  关键字;必要性;问题;改革  前言;在任何一个工程项目中,管理
期刊
摘要:本文简述饿了常见几种智能材料的作用越特点,同时介绍了智能材料在土工中的应用。  关键词:土木工程;智能材料;应用  0前言  对于一些现代化的大型土木工程建设,工程的构架、以及一些人类生活所必需的基础设备的使用时间都会将近一百年,有的甚至可以使用长达几百年的时间。例如,高架桥、超高层楼房、长距离横跨的桥梁、长江大坝、核能工程、能源开采设施和一些天然气输出、自来水工厂、石油开采等等一系列基础设
期刊
摘要:文章简述了钢筋混凝土的腐锈原理与耐久性影响因素,同时讨论了提高耐久性防止腐锈的具体方法。  关键词:钢筋混凝土;腐蚀;耐久性  0引言  钢筋混凝土的一个至关重要的成分就是钢筋,虽然钢筋混凝土具有其特有坚固的特性,但是对于钢筋来说却有着非常容易被空气中的水和氧气腐蚀的特性,被腐蚀后的钢筋表面的钝化膜失去其保护钢筋的作用,这就让钢筋腐蚀速度逐渐加快,这种情况下就失去了钢筋混凝土其坚固的特性了。
期刊
摘要:随着人们对低碳经济的深入研究,各种低碳理念运用而生,也为城市发展、社会进步提供了一个崭新的模式与契机。“低碳”一词进入园林设计领域,意指较低(更低)的温室气体(CO2)排放。本文就低碳园林的营造及低碳园林植物景观设计方法进行了分析,为园林景观向低碳发展提供了可参考依据。  关键词:低碳园林;风景园林;景观设计  1、低碳园林概述  在目前的园林学术界,对于低碳园林尚无公认的定义,我们通过研究
期刊
摘要:在如今经济体系飞速发展的过程中,我国各个行业领域都得到了极大的发展,尤其是交通系统的发展,推动了公路桥梁施工技术的更新。而公路桥梁工程中最为关键的桩基施工,表现出的钻孔灌注桩施工工艺水平高低,已经成为了影响公路桥梁工程的重要部分。本篇文章主要针对公路桥梁钻孔灌注桩施工工艺进行了全面详细的探讨,以期为完善我国公路桥梁钻孔灌注桩施工工艺做出贡献。  关键词:钻孔灌注桩;施工工艺  钻孔灌注桩施工
期刊
摘要:随着经济的发展人们需要的是利益的最大化,所以施工质量、施工进度、安全文明施工成为每个工程管理者需要考虑的事情,从施工组织设计着手,使整个施工合理而科学地,计划而有序地,周密而均衡地组织施工生产。  关键词:施工组织设计;成本管理;质量管理  本文从施工组织设计的概念着手,说明现场施工组织设计与管理研究的重要性。本文具体的研究了施工组织设计需要做的准备和内容,说明了成本管理和质量管理的具体步骤
期刊
摘要:工程造价的高低,直接反映着投资效益的好坏,充分体现了建设项目的工作质量和管理水平。在工程建设中,只有把造价管理工作作为一项核心工作,才能真正降低工程造价,提高经济效益。本文为提高工程造价管理质量,对如何加强工程造价的全过程管理和如何促进工程造价的全过程管理的实施提出了几点建议。  关键词:造价管理;全过程  随着社会主义市场经济体制的建立与完善和改革的不断深化,工程造价领域改革的步伐也在不断
期刊
摘要:在建筑电气工程的施工中,电气安装是关键部分,而强电施工又是电气安装工程的主要组成部分。强电系统的施工质量好,才能确保所建工程与电有关的系统能安全、无故障地运营。才能为社会提供安全、舒适的生活、办公环境。本文针对当前建筑电气工程强电施工安装策略进行了深入的研究,并提出了相关的措施做参考。  关键词:电气工程;强电;建筑安装  一、电气强电竖井安装质量控制  1.工预留预埋阶段质量控制  (1)
期刊