膨胀土边坡稳定性影响因素的表征参数及其敏感性研究.pdf

:./.膨胀土边坡稳定性影响因素的表征参数及其敏感性研究吕文华.中铁十四局集团隧道工程有限公司 山东济南.中铁十四局集团有限公司 山东济南 摘 要:为了明晰膨胀土边坡失稳破坏影响因素的表征参数并对其敏感性做出界定本文选取单一层级破坏体为研究对象应用极限平衡理论建立稳定性系数计算公式确定影响因素的表征参数 进一步地依据稳定性系数的变化率完成敏感性分析 结果显示:后缘张拉裂隙的积水高度、滑动面长度、竖向张开裂隙长度、边坡外沿面与滑动面的夹角、膨胀土的饱和重度、边坡高度、滑动面的黏聚力、滑动面与水平方向的夹角及滑动面的内摩擦角是膨胀土边坡稳定性的表征参数而大气降雨和裂隙的影响更为明显滑动面内摩擦角影响最小 研究成果可为边坡稳定性预测评价提供依据关键词:膨胀土边坡稳定性评价大气降雨表征参数敏感性分析中图分类号:概述中国是世界范围内有膨胀土广泛分布的国家之一与此同时在膨胀土分布区域生活着超过 亿的人口 膨胀土的显著胀缩特征引起的地质灾害给国家和人们带来了重大的损失其中膨胀土边坡的失稳破坏给人们带来了长期困扰为了保证膨胀土边坡的安全稳定国内外学者开展了大量研究涵盖破坏机理、稳定性评价方法及预测预警模型等多个方面 膨胀土边坡的失稳破坏具有浅层性、牵引性、方向性等特征 瑞典条分法、极限平衡方法、改进的 法等方法应用于稳定性分析中 为了更加真实地反映边坡失稳破坏的全过程考虑裂隙面夹层的强度参数建立裂隙边坡地质模型 基于 软件提出一种湿度场膨胀变形场应力场的多场耦合数值分析方法 进一步地模糊理论和层次分析方法等数理统计方法也被引入综上所述相关研究已经取得了丰硕的成果 不过表征参数的合理性及其敏感性排序仍不够完善 因此本文选取单一层级破坏体为研究对象完成对应表征参数的探讨 进一步地以安全系数的变化率为衡量指标进行敏感性分析 构建力学模型膨胀土边坡破坏通常具备多层逐级后退式牵引性的渐进破坏特征 因此本文选取单一层级破坏体为研究对象构建二维力学模型(如图)图 膨胀土边坡破坏的模型 确定衡量指标选取安全系数为稳定性评价指标依据安全系数的定义有:()()其中 ()()()膨胀土饱和重度 边坡高度 坡面前点距离后缘张裂隙的水平距离 滑动面长度 滑动面黏聚力 滑动面的内摩擦角 滑动面与水平夹角 滑动面与坡面夹角 边坡后缘张裂隙高度 边坡后缘积水高度 影响因素的作用及其敏感性分析.影响因素的作用根据现有文献的总结选取相关参数如下:工程技术科技风 年 月表 膨胀土边坡相关参数参数/()/()/()()数值.参数/数值 .饱和重度当仅以饱和重度 为变量时如图 所示随着饱和重度的增加膨胀土边坡安全系数线性减小这是由于大气降雨的深入使得土体自身重度增大导致滑体下滑力增大图 膨胀土饱和重度影响下安全系数的变化.滑动面长度当仅以滑动面长度 为变量时如图 所示随着滑动面长度的增加膨胀土边坡安全系数有所增加说明滑动面长度的增加延长了下渗水体的传递路径降低了边坡失稳的可能性图 膨胀土滑动面长度影响下安全系数的变化.滑动面与水平方向的夹角当仅以滑动面与水平方向的夹角 为变量时如图 所示随着滑动面与水平方向间夹角的增加膨胀土边坡安全系数有先减小后增加的趋势影响角度的最大值在左右图 滑动面与水平夹角的影响下安全系数的变化 .竖向张开裂隙长度当仅以竖向张开裂隙长度 为变量时如图 所示竖向张开裂隙的增加破坏了岩土体的整体性同时增加了大气降水的囤积空间造成边坡安全系数有逐渐减小的趋势图 膨胀土边坡背后竖向张开裂隙长度影响下安全系数的变化 .竖向裂隙积水高度当仅以积水高度 为变量如图 所示积水的增加提供了更大的水平推力同时提供更多的水体来源加速了边坡的失稳破坏图 膨胀土边坡背后竖向裂隙积水高度影响下安全系数的变化 .边坡高度当以边坡高度 为变量时如图 所示边坡高度会对滑体的几何尺寸产生直接影响滑体几何尺寸的增大会引起下滑力的增加进而造成了边坡的失稳破坏图 膨胀土边坡边坡高度影响下安全系数的变化.边坡外沿面与滑动面的夹角当以边坡外沿面与滑动面的夹角 为变量时如图 所示边坡外沿面与滑动面的夹角对安全系数的影响为非线性关系可以用来表征边坡坡度和滑动面角度的影响 科技风 年 月工程技术图 膨胀土边坡边坡外沿面与滑动面的夹角影响下安全系数的变化 .滑动面的黏聚力当以滑动面的黏聚力 为变量时如图 所示滑动面的黏聚力对安全系数的影响近似为线性关系其数值增长有利于边坡的稳定图 膨胀土边坡边坡滑动面的黏聚力影响下安全系数的变化 .滑动面的内摩擦角当仅以滑动面的内摩擦角 为变量时如图 所示滑动面的内摩擦角对安全系数的影响负相关其数值增长会对边坡的稳定性产生不利影响这主要是与大气降雨的入渗形成水压力密切相关图 膨胀土边坡边坡滑动面的内摩擦角影响下安全系数的变化.影响因素敏感性分析为了实现影响因素的敏感性分析引入单因素单位变化引起安全系数的变化率为衡量指标如表 所示:表 安全系数的变化率参数变化率().影响因素的敏感性排序如下:积水高度()滑动面长度()竖向张开裂隙长度()边坡外沿面与滑动面的夹角()饱和重度()边坡高度 滑动面的黏聚力()滑动面与水平方向的夹角()滑动面的内摩擦角()小结()后缘张拉裂隙的积水高度、滑动面长度、竖向张开裂隙长度、边坡外沿面与滑动面的夹角、膨胀土的饱和重度、边坡高度、滑动面的黏聚力、滑动面与水平方向的夹角及滑动面的内摩擦角是膨胀土边坡稳定性分析的表征参数()饱和重度、后缘张拉裂隙的高度、张拉裂隙积水高度、边坡高度等因素与边坡稳定性系数负相关滑动面的黏聚力则呈正相关 滑动面与水平方向的夹角增大会引起边坡稳定性系数先增后减其中 左右为影响最大的角度()依据敏感性结果完成了膨胀土边坡稳定性表征参数的排序其中大气降雨和裂隙是膨胀土边坡失稳破坏的主要影响因素滑动面内摩擦角影响最小 饱和重度的影响不显著可能与膨胀度的渗透性低没有实现有效的渗透和渗流密切相关参考文献:卫军谢海洋李小对等.膨胀土边坡的稳定性分析.岩石力学与工程学报():.殷宗泽徐彬.反映裂隙影响的膨胀土边坡稳定性分析.岩土工程学报():.张震林宇亮何红忠等.膨胀土边坡的失稳特征与稳定性分析.中南大学学报(自然科学版)():.陈冠一肖杰陈强等.不同毛细阻滞覆盖层处治膨胀土边坡的渗流及稳定性研究.中南大学学报(自然科学版)():.丁金华陈仁朋童军等.基于多场耦合数值分析的膨胀土边坡浅层膨胀变形破坏机制研究.岩土力学():.():.基金项目:国家自然科学基金()海南省自然科学基金()河北省自然科学基金()海南大学科研基金资助项目()广州地铁设计研究院股份有限公司专题研究项目()天津大学海南大学自主创新基金项目()山东省企业技术创新项目()作者简介:吕文华()男甘肃泾川人工程师主要从事城市城市轨道交通施工技术研究工程技术科技风 年 月