降雨和地震作用下都香高速公路路堑边坡稳定性数值模拟与分析

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都香高速公路位于我国西南部的云南省,该地区雨水较多且降雨强度大,雨水容易随着裂隙渗入坡体,从而影响边坡的稳定性。同时,该地区地处地震带边缘,易于发生地震,从以往发生的滑坡来看,地震也是影响边坡失稳的主要因素之一。基于此,本文以云南都香高速某边坡为依托工程,通过室内试验、理论分析和数值模拟等手段,对路堑边坡在降雨和地震条件下的边坡变形特性与稳定性变化规律等进行了研究和分析,主要得到了以下的研究结论:(1)降雨和地震是引起边坡出现失稳破坏最主要的两个的因素,降雨入渗导致边坡失稳的主要原因是雨水入渗边坡后,使得边坡岩土体基质吸力下降,进而导致边坡岩土体的抗滑力下降,从而引起失稳;地震作用下的边坡出现破坏的主要原因是地震发生时产生的惯性力以及岩土体的孔隙水压力的累积造成的。(2)土体的黏聚力和内摩擦角随着土体含水率的增加而逐渐减小,从而使得抗剪强度减小,且含水率较小时,黏聚力减小的速率比内摩擦角减小的速率大,含水率较大时,则相反。(3)降雨强度越大,边坡的安全系数减小的幅度就越大。随着降雨强度的增大,上部和靠近坡面土体中的孔隙水压力逐渐密集,孔隙水压力变化更明显,表明此处岩土体受降雨影响较大。此外,每种降雨强度下边坡的安全系数均在1.385以上,均处于稳定状态,且当降雨强度大于80mm/d时,边坡的安全系数随降雨强度增大而减小的速率开始增大。(4)降雨强度越大,瞬时降雨强度也会随着增大,则边坡岩土体达到饱和时间点的到来时间越早。降雨历时时间相同的情况下,不同的降雨强度下边坡的岩土体达到饱和所需时长按照从长到短的顺序为:20mm/d>30mm/d>80mm/d>100mm/d>150mm/d,且在空间位置上,较高监测点的孔隙水压力最先达到0。随着降雨强度的增大,边坡上部发生位移的最大值逐渐增大,总位移变化较大的区域都集中于边坡坡面的顶部浅层岩土体中。(5)不同雨型的降雨历时3天过程中,总体上随着降雨的入渗,安全系数有减小的趋势,且每种雨型作用下,安全系数下降的幅度各有差别。不同雨型历时3天后边坡产生位移的大小为:均峰型>前峰型>中峰型>后峰型,边坡位移最大的位置在最上一级坡浅层岩土体。每种雨型的降雨历时3天后边坡的安全系数大小顺序为:后峰型>中峰型>前峰型>均峰型,且每种雨型下的安全系数均大于1.414,边坡均处于稳定状态。(6)随着地震烈度的增加,边坡位移及最大剪应变也随之增加。地震波主要对边坡的横向造成较大影响,地震烈度为6度的时候,坡脚位移最大,地震烈度为7度、8度时,靠近坡顶的边坡位移较大,且剪应变集中于第三、四级边坡,与位移变化大致在同一位置。还可以得到,在依托项目中,地震烈度为6度、7度时,边坡处于稳定状态,地震烈度为8度时,边坡的稳定情况是基本稳定。
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