不同降雨条件下高填路堤边坡稳定性分析

摘要

在我国南方地区，暴雨是诱发边坡失稳的常见因素。研究降雨条件下路堤边坡的稳定性可以在一定程度上预测工程灾害，避免不必要的经济损失。本文以广佛肇高速公路工程为依托，从实验研究、软件开发、数值模拟三个方面对广佛肇高速公路K85+160断面进行不同降雨条件下高填路堤边坡稳定性的研究。主要研究内容如下：
　　（1）通过现场取样和室内实验，研究了粉质黏土的渗流特性和力学特性。基于压力板试验获得了该处非饱和土的土水特征曲线、渗透系数函数，基于GDS三轴试验获得了非饱和土的抗剪强度，为数值模拟获取参数。
　　（2）提出了新的降雨数值边界条件：在土体表面施加一层很薄的“空气单元”，降雨入渗边界施加在“空气单元”表面。新方法与原有的方法相比较，更加接近现场和试验测得的降雨入渗率。
　　（3）提出了新的初始孔隙水压力数值施加方法：在模型两侧施加动态的流量边界，模拟自然界中地下水补给，从而获取更接近实际情况的初始孔隙水压力分布。
　　（4）基于FLAC3D进行了对降雨非饱和土渗流变形模块的开发。通过FLAC3D软件内置 FISH语言编写计算程序，扩展 FLAC3D的渗流功能，并根据三轴试验结果，使模拟渗流过程中粉质黏土的抗剪强度随着基质吸力的变化而改变，实现非饱和土的渗流变形。
　　（5）基于上述参数及方法，对不同降雨条件下广佛肇高速公路K85+160断面进行稳定性数值分析。数值模拟结果显示：当降雨时间在2 h内时，降雨强度为60 mm/h，边坡的安全系数最低；当降雨时间超过2h时，降雨强度为15 mm/h，边坡的安全系数最低。降雨入渗会导致土坡内部土体的有效应力减小，但是会使局部软弱土层有效应力增加，而将软弱土层全部换填可以有效减小降雨对边坡稳定性的影响。

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1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容及技术路线

2 粉质黏土水力特性及强度试验

2.1 粉质黏土的基本物理性质

2.2 土水特征曲线试验

2.3 三轴剪切试验

3 基于有限差分法的非饱和土渗流变形方法

3.1 FLAC 3D渗流变形计算原理

3.2非饱和土渗流变形计算的实现

4 不同降雨条件下高填路堤边坡稳定性分析

4.1工程概况与设计说明

4.2数值模型的建立与参数的选取

4.3数值模拟工况

4.4计算结果及分析

5 结论及展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献