复杂条件下膨胀土边坡渗流和稳定性分析

　　　　　　　　　　　　　　　　　　勘　察　科　学　技　术　　　　　　　　　　　2005年第2期18发生在坝体过渡区下部,上下游覆盖层土体有Y向的正向位移,即土体发生了隆起,最大为0119m,位于上游区,这是与实际情况相符的,坝体建成以后,坝体下沉,覆盖层压缩,坝基两侧土体势必会发生隆起。20时段末时,坝体及坝基渗流场达到稳定状态,如图5所示,图中所展示的矢量分布表明了地下水体的运动状态。从坝基覆盖层选择几个有代表性的节点,代表了不同砂砾石土层,顺序依次从Q23地层底部至Q24地层顶部,图6所示即为所选的节点孔隙水压力随时间的消散情况,从图6中可见孔隙水压力在开始有瞬间的增高,而后超孔隙水压力开始逐渐消散。不难理解,当外荷载作用于坝基覆盖层时,在总应力不变的情况下,土体压缩,引起孔隙水压力的瞬时升高,而后孔隙水压力开始逐渐消散,土体有效应力增加,土体进一步压缩,最终达到平衡。模拟结果很好地反映了这一过程

。

　　采用变时间步长,将时间段延伸至30个时间步长,达到394d,可求得坝基覆盖层各时段末的地下水渗流量,如表2所示。由表中看出,初期坝基覆盖层渗流量呈现增大的趋势,通过覆盖层各时段渗流场分析可知,坝体一次性加荷、蓄水完成以后,坝基受上覆荷载作用力,土体瞬间挤压,下伏覆盖层土体应力状态发生瞬间突变,即孔隙水压力瞬间升高,坝基孔隙水压力消散瞬间提高,引起了坝基渗流量的变化;随着坝基土体压缩减慢,孔隙水压力消散减缓,坝基渗流量会逐渐趋于稳定。由表2也可看出这一趋势,初期坝基渗流量增势随着时间的推移逐渐减小,最终直至稳定状态。

表2　坝基渗流量随时间的变化量

时间/d

1

2

3

6

12

24

48

96

192394

坝基流量5120519051996100610261026102610261026102　　注:坝基流量的单位为:m3 d-1 m-1。

5,SIGMA/W与,坝体与坝基深厚覆

图4

　20盖层的水平与垂直位移结果与由其材料性质所预期

产生的结果是基本一致的。

2)孔隙水压力的消散特点具有明显的cryer效应,即孔隙水压力会瞬时升高,而后随时间的延续逐渐消散。

3)GEO2SLOPE线弹性耦合分析收敛速度很快,且收敛精度很高,在合理的参数取值的基础上,可以得到合理的模拟效果。

4)GEO2SLOPE耦合分析中,时间步长选取的是

图5　20时段末土石坝横剖面渗流场分布及矢量分布

否合理会影响到最终模拟结果的合理与否,因此时

间步长的选取是非常重要的,在以后的工作中应该注意。

参考文献

1　钱家欢,殷宗泽著.土工原理与计算.第2版.北京:中国

水利水电出版社,1996

2　FredlundDGandMorgensternNR.Constitutiverelationsfor

volumechangeinunsaturatedsoil.CanadianGeotechnicalJour2nal.1993,13(3):261～267

3　杨荣.瀑布沟高土石坝三维非线性分析.应用基础与工程

科学学报,1995,3(3):260～267

4　王晓鸿,仵彦卿.渗流场应力场耦合分析.勘察科学技术,1998(4):3～6

5　柴军瑞.大坝及其周围地质体中渗流场与应力场耦合分

图6　孔隙水压力随时间消散情况示意

析研究综述.水利水电科学进展,2002(4):53～55