水位升降及降雨联合作用下库岸边坡稳定性研究

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库岸失稳破坏常发生在库水位升降过程中,降雨也是库岸失稳的主要诱发因素,研究库水位升降、降雨条件下岸坡地下水位变化规律以及岸坡区域稳定性状态变化对岸坡稳定性预测、降低岸坡失稳带来的生命财产损失具有重要的意义。本文以山美水库为研究对象,在收集整理水库区域降雨、库水位变动、地质等资料基础上选取合适的岸坡地下水位计算方法,建立基于Scoops 3D模型的库岸区域稳定性计算模型,展开多工况下岸坡稳定性状态分析,对岸坡低稳定性区域进行细化研究并借助室内模型试验对模拟结果进行了对比验证。取得的主要结论如下:(1)使用Boussinesq非稳定渗流解析解计算岸坡地下水位分布规律,结果表明:库水位下降过程中,水位下降速率越快、库水位下降高度越大岸坡内浸润线滞后效应越明显,浸润线弯曲程度越大且指向坡外的渗透压力越大;水位上升过程中,库水位上升高度越大、上升速率越大坡内浸润线越滞后于坡外水位,浸润线越弯曲且指向坡内的渗透压力越大;渗透系数越大,浸润线滞后效应越不明显且浸润线弯曲程度越小。(2)采用区域斜坡稳定性分析模型Scoops 3D对多工况下岸坡稳定性状态进行分析得到:在无地下水和90m常水位状态下,岸坡大部分区域处于高稳定性状态,低稳定性区域面积较少并呈现零星分布;水位下降过程中,岸坡稳定性状态明显下降,且库水位下降速率越大,对岸坡稳定性越不利,低稳定性状态岸坡占比越大;库水位上升工况下,较大的库水位上升速率对岸坡稳定性有利;岩土体力学参数对岸坡稳定性的影响程度大小为:内摩擦角>土体重度>黏聚力。(3)使用Geo Studio对低稳定性区域进行细化研究得到:库水位下降过程中岸坡稳定性呈现先降低后增大的趋势,最危险水位大致出现在库水位总下降高度的1/3~1/2处,且越大的水位下降速率对岸坡稳定性越不利,而较大的库水位上升速率对岸坡稳定性有利;较小的降雨强度对岸坡稳定性的减弱作用不明显,而长时间的强降雨对岸坡稳定性影响较为明显;降雨联合库水位下降工况下对岸坡稳定性最为不利。(4)本文岸坡区域稳定性分析结果以及二维分析得到的一般结论和中国科学院大学江强强等所做物理模型试验结果吻合程度较好,故本文探究的从整体到局部、从三维到二维的区域岸坡稳定性系统研究方法具有较好的适用性,文中研究方法对岸坡稳定性分析具有一定的参考价值。
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