台风暴雨诱发的公路边坡失稳研究及综合治理

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我国是世界上滑坡灾害最为严重的国家之一。引发滑坡灾害的因素有很多,正所谓“十滑九水”,降雨是诱发滑坡的最为主要的原因。据统计,因降雨诱发的滑坡数量占滑坡总数的90%。浙江省位处东南沿海是受台风影响最为严重的省份之一,每年的7至10月是台风灾害的高发期,由于浙东沿海地区软土分布广泛,在台风暴雨的侵袭下,使得滑坡灾害频频发生。尽管长期以来众多科研工作者已对降雨诱发的滑坡问题进行了大量深入的研究,但依然无法避免一些重大滑坡事故的发生。可见滑坡灾害已严重危害到了人民群众的生命、财产安全。因此,对降雨诱发滑坡的研究还需更加深入细致。本文以温州绕西南S10高速K122边坡台风水毁治理工程为依托,主要围绕降雨诱发的滑坡问题开展研究。在国内外学者的研究基础上,结合极限平衡法、有限单元法耦合渗流模拟,对边坡稳定性进行分析,并提出合理的治理方案及预警建议。主要内容如下:(1)通过收集文献资料,对滑坡失稳类型和降雨诱发滑坡作用机制进行讨论。此外,整理归纳了非饱和土的力学特性,介绍了VG模型和FX模型两种最为常见的土-水特征曲线计算模型和渗透系数模型的特点。(2)对滑坡场区的自然条件、地质情况、滑坡特征等因素进行阐述,并根据现场实际情况建立数值模型。在地勘报告和取芯结果的基础上结合滑坡现场的破坏特征,对残坡积土层的力学参数进行反演核算。同时运用极限平衡法和数值分析法搜索潜在滑动面,确定了K122滑坡典型断面的临界滑动面位置。(3)利用Seep/W模块对K122滑坡典型剖面进行了渗流分析,对坡体内不同位置的孔隙水压、单位流量等数据进行分析,总结了降雨入渗引起孔隙水压变化规律。结果发现:由于下卧层中风化凝灰岩的透水性能较差,且坡体排水不利,造成了坡脚挡墙后方出现大面积暂态饱和区;坡顶截流槽损毁,导致坡顶中风化岩的地表径流流入滑坡体。(4)在Slope/W模块中调用渗流分析结果,使用基于非饱和土力学理论的Morgenstern-Price极限平衡分析法对K122滑坡的典型断面进行稳定性分析,得到了在降雨影响下0至15天内的稳定性系数变化曲线,结果表明:在干燥条件下,边坡安全系数为Fs=1.16处于基本稳定状态;而在降雨条件下,边坡安全系数将大幅下降至Fs=1.01处于临界状态,二者均低于规范要求,在降雨环境下存在较大滑坡风险。除此之外,还对滑坡体土条不同位置条块的吸力强度随时间变化的规律,以及边坡整体的下滑力和抗滑力间的变化关系进行分析。(5)依据边坡渗流分析为参考依据,提出了有针对性的边坡排水治理措施:(1)坡脚挡墙后增设仰斜式排水孔,增强坡体排水性能;(2)修缮坡顶截流槽,截住坡顶地表径流,减少水体入渗。依据滑坡稳定性分析结果,提出合理的边坡加固方案:(1)削坡卸载;(2)锚索固脚;(3)框格锚杆等。(6)利用数值模拟、概率分析和现场监测的方法,对综合治理后的K122边坡排水效能和稳定性进行检验评价。根据数值模拟结果显示:治理后的边坡边坡入渗的水流量得到有效减少,坡脚暂态饱和区基本消除;在干燥的自然条件下,安全系数Fs=1.36,在降雨条件下的安全系数Fs=1.22均处于稳定状态,符合规范要求,并且能更快地恢复到干燥条件下安全系数。结合数学方法,对各项参数进行蒙特卡洛模拟,计算边坡失效概率。最后,将现场监测数据和模拟结果相比对,印证了该滑坡治理方案行之有效。
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