考虑降雨影响的园林山体稳定性分析.pdf

低温建筑技术 2 0 1 0 年第 5 期( 总第 1 4 3 期) 考虑降雨影响的园林 山体稳定性分析 丁学军 ( 上海市 园林工程有限公司 。 上海2 O O 0 8 3 ) 【 摘要】 在对降雨作用下园林山体含水率影响规律研究的基础上， 建立考虑降雨作用下山体稳定性分析 简化模型， 并建议不同区域选取合理试验计算参数。通过算例分别选取不同堆土高度在不同坡 比下的山体进行 稳定分析得出： 降雨影响下园林山体填土自身的稳定 ， l O m以下的低矮山体 ， 对降雨影响较为敏感； 随着坡高的继 续增大， 降雨的影响作用不太显著； 随着坡比的减小， 山体稳定性逐渐增强； 降雨作用对于大于 1 ： 2的较陡的山体 的稳定性影响较为敏感， 而对于小于 1 ： 2 较缓的山体稳定影响有限。 【 关键词】 园林山体； 降雨作用； 坡高； 稳定性 【 中图分类号】 T U 9 8 6 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 5 一 O O 4 4 0 3 随着我国经济的发展以及城市化的不断推进， 城 此， 研究各种条件作用下的土坡稳定， 尤其是研究降 市园林建设及绿化越来越受到人们的重视。然而， 受 雨作用下的土坡稳定问题， 对减少工程破坏有着十分 自然地形地貌的限制 ， 沿海一带尤其是上海地区的园 重要的意义。 林绿化中越来越多的采用山体填筑方法来达到人造 1 降雨作用对山体含水率的影响 景观的效 果 ， 并 且采 用 过 湿 的粘 性 土 料进 行 堆 山施 无论 是 自然边坡 还是人 工填筑 的边坡 ， 均 可能 由 工。山体填筑的高度也越来越大， 从最初的 5 m以内 于长时间的降雨入渗， 使湿润面向边坡内进一步发展 直至 2 0 m以上， 填筑 山体的稳定性问题需要引起 重 ( L u m b ， 1 9 7 5 ) 。只有确定了降雨人渗的深度， 才能利用 视。另一方面 ， 边坡的失稳破环和降水密不可分， 南方 现有的极限平衡方法或有限元方法去分析降雨对边 多发生在春夏季节， 北方多发生在秋季， 尤其是持续 坡稳定性的影响。 一 定时间的暴雨能给边坡带来很大的破坏。其危害 G r e e n w o o d 等人( 1 9 8 5 ) 观察了人工填筑的超固结 性主要表现在两个方面 】 ： 坡面冲刷和滑动破坏。因 土坡， 发现在经历长时间的湿润而发生浅层破坏后， o o0 oo o凸 0c0 00 。o 0O o0 o0 0 0 o0 00 0o o0 O o Oo 0o oo o0 oo oc oo 0o oo oc o 0 Oo o0 o0 o0 o0 0 梁的动力影 响不容忽视 。 表 1 前 5阶振型自振频率的计算结果 H z 用曲梁单元和子空间迭代法， 求得图 2 所示 曲线 箱梁的前 5阶自振频率列入表 1 并与用 S A I W 程序计 算的结果 比较 ， 可看出， 用本文考虑剪力滞和翘曲扭 转效应的有限曲梁单元法计算结果与 S A P V程序计算 的结果较为一致， 而且采用简单通用的梁单元， 易于 工程 应用。 参考文献 1 罗旗帜 薄壁曲箱梁桥剪滞效应分析 J 铁道学报， 1 9 9 9 ， 2 1 ( 5 ) ： 8 9 9 3 2 何福宝 薄壁曲杆有限元法 J 固体力学学报， 1 9 8 1 ， 2 ( 2 ) ： 1 4 1 1 5 7 3 黄剑源， 等 薄壁曲杆系结构空间分析的刚度法 J 土木工 程学报 ， 1 9 9 4， 2 7 ( 5 ) ： 3 1 9 4 韦成龙， 曾庆元， 刘小燕， 等 薄壁箱梁剪力滞分析的多参数翘 曲位移函数及其有限元法 J 铁道报， 2 0 0 0 ， 2 2 ( 5 ) ： 6 0 6 4 5 5 盟 d e l l R 0 S t a ti c a n d d y i c a n a l y s i s 刎 I a l l y 叫 b 幔 g i r d e r b r id g e s D P h i l a d e l p h i a ： U n i v 0 f P e n m y l n ia ， 1 9 7 4 6 吴亚平， 赖远明， 等 曲线箱梁静动力特性的有限段元分析 J 铁道学报 ， 2 0 0 1 ， 2 3 ( 5 ) ： 8 1 8 4 7 魏双科， 李鸿晶， 等 立交桥曲线箱梁动力分析模型 J 地震 工程与工程 振动 ， 2 0 0 6 ， 2 6 ( 4 ) ： 1 6 81 7 4 8 美 R 克劳夫 ， J 彭津 结构动力学 M 高等教育出版社， 2 0 0 6： 2 6 72 7 8 9 a n g SH ， L y o n s L PR At h i n w a l l e d b b e a mfi n i t e d f o r e u r v d g e m l y s i s J C l p u t e r s S t n e s ， 1 9 8 4 ， 1 8 ( 6 )： 1 0 3 5 一 】 0 4 6 收稿日期】 2 0 1 0 0 1 1 1 作者简介】 李长凤( 1 9 7 5 一) ， 女， 黑龙江拜泉人 ， 副教授， 硕 士 。 研究方向 ： 土木工程结构理论 。 丁学军等： 考虑降雨影响的园林山体稳定性分析 4 5 存在一个湿润的滑动体， 通过对饱和层的开挖发现： 在 1 5 m以下的土体含水率等于填筑时的含水率。邓 卫东等 在不同季节对 四川地区成都一雅安高速公 路 2 5 个不同高度路堤在施 工完成后 ， 钻孔测定的含水 率、 饱和度沿深度的变化情 况， 依据气候条件对其产 生的影响使其变异性增加 ， 根据统计规律得 出： 0 2 m 深度范围内， 含水率和饱和度的变异系数明显较以下 深度大， 因此可基本认为气候条件对路堤含水率的影 响深度在 2 m左右 。 针对上海辰山园林( 一期、 四期 ) 人工堆山景观的 山体填土的施工及工后含水率也做了相应的测定( 图 1 ) 结果表明： 0 2 m左右深度范围填土含水率有明显 的增大趋势， 其深度以下范 围工后含水率基本上和填 筑时含水率一致。因此可以认为 由降雨等气候条件 影响山体含水率变化较大的区域也在其表面 2 m左右 深度范围。 篓 1 0 2 0 3 0 4 0 含水率 殇 图 1 园林山体填土含水率随堆高变化 2 气候变化对 山体 稳定性 影响的机理 总之， 土的抗剪强度随含水率的增加而降低， 非 饱和土坡在雨水人渗的情况下， 重度增加滑力增大基 质吸力的丧失或减小 ， 同时其抗剪强度又因含水率增 加而急剧下降， 这是降雨引发土坡失稳的根本原因。 3 降雨入渗对边坡稳定性分析 雨水对山体填土的影响深度范围一般在 2 O m左 右， 因雨水人渗可引起土密度的增加和抗剪强度粘聚 力 c 、 内摩擦角 的降低， 同时按照目前工程习惯选取 土体为研究对象， 不考虑渗流力的作用。因此可以建 立考虑降雨影响下边坡的计算简图见图 2 。 尽管已提出多种计算理论与方法来分析边坡 的 稳定性， 但 目前可以在工程中普遍应用的仍然是极 限 平衡法。由于假定的不同， 各种极限平衡法有其各 自 的适用条件， 也具有不同的计算精度。通过工程实际 经验以及园林山体的特性， 目前简化 B i s h o p圆滑滑动 法应用于均质粘性土坡的稳定计算不很复杂， 精度较 高 ， 所以是 目前工程中很常用的一种方法【 3 J 。 4 算例分析 图 2 分别选取不同堆土高度在不同坡比下： 不考虑 降雨作用 ； 考虑降雨作用两种工况下园林山体的稳 定性 ， 从而分析降雨对山体稳定系数影响程度。其填 土物理力学指标如表 1 所示， 计算结果见表 2 。 表 1 填土基本物理力学特性 表 2 稳定分析结果 4 1 降雨条件下坡高变化对稳定性影响分析 一 般情况下山体随着堆土高度的增加 ， 稳定系数 逐渐降低。但对于山体填土本身的稳定性而言 ， 随着 堆土高度的增加， 稳定性系数不是线性的减小而是存 在一拐点。即对于小于堆土坡高 l O re的山体稳定系 数斜率变化明显较坡高大于 l O m的山体大( 如图 3所 l O 9 8 7 6 5 4 3 2 l 0 低温建筑技术 2 0 1 0 年第5 期( 总第 1 4 3 期) 示) 。说明对于园林山体填土自身的稳定， l O m以下的 低矮山体， 对降雨影响较为敏感 ； 随着坡高的继续增 大， 降雨的影响作用不太显著。此外从考虑降雨影响 籁 - -I -l ： 1 5 一 l ： 2O+ 1 ： 25 + l ： 3 O 图 3 园林山体填土堆高与稳定系数关系 籁 1 jl s 嚣 + 5 m l O m 十1 5 m一2 0 m 图 5 园林山体填土坡比与边坡稳定系数 系 4 2 降雨条件下坡比变化对稳定性影响分析 坡比对山体稳定性影响较为显著， 由图 5可以看 出山体稳定系数与坡比有较为明显的线性相关性， 表 现为随着坡比的减小而增大； 但从考虑降雨影响的山 体稳定性分析两种 工况 的对 比情况 ( 图 6 ) 来 看 ： 对 于 坡比大于 1 ： 2 的填土， 降雨的影响较大， 坡越缓其降雨 影响越小。由此可见， 对于园林体填土 自身的稳定 ， 降 雨作用下随着坡 比的减小 ， 山体稳定性逐渐增强； 降 雨作用对于大于 1 ： 2 的较陡的山体的稳定性影响较为 敏感 ， 而对于小于 1 ： 2 较缓的山体稳定影响有限。 5 结语 ( 1 ) 对于人工堆山景观的山体填土， 由降雨等气 候条件影响山体含水率变化较大的区域在其表面 2 m 左右深度范 围。 ( 2 ) 对于降雨影响下园林山体填土自身的稳定 ， l O m以下的低矮山体， 对降雨影响较为敏感； 随着坡高 的继续增大， 降雨的影响作用不太显著。 的山体稳定性分析两种工况的对比情况( 图4 ) 明显看 出坡高 5 l O re之间稳定系数降低百分比明显高于 l 0 2 0 m变化， 也能说明此问题。 、 筮 l 髦 壁 籁 髅 -4 1 - l ： 1 5 1 ： 20+ l ： 2 5 1 ：30 图4 园林山体填土堆高与稳定系数降低关系 冰 、 I 壁 鞋 裁 嚣 图 6 + 5 m l O m + 1 5 m + 2 0 m ( 3 ) 对于园林山体填土 自身的稳定， 降雨作用下 随着坡 比的减小， 山体稳定性逐渐增强； 降雨作用对 于大于 1 ： 2的较陡的山体的稳定性影响较为敏感， 而 对于小于 1 ： 2 较缓的山体稳定影响有限。 参考文献 1 林鸿州 降雨诱发土质边坡失稳的试验与数值分析研究 D 北京 ： 清华大学 ， 2 O 0 7 2 邓卫东， 等 公路边坡稳定技术 M 北京： 人民交通出版社， 2 O O 6 3 钱家欢， 殷宗泽 土工原理与计算 M 北京： 中国水利水电出 版社 ， 1 9 9 6 ： 5 收稿日期 2 0 1 0 0 3 1 9 作者简介 丁学军( 1 9 5 9 一) ， 女， 上海人， 高级工程师， 从事园 林景观工程施工管理工作。