人工渠道水位下降速率對路堤邊坡穩(wěn)定的影響

2011-05-04 08:43:00劉翠容孔德惠

鐵道建筑 2011年7期

劉翠容，孔德惠

(西南交通大學峨眉校區(qū) 土木系，四川峨眉山 614202)

1 情況介紹

在西部大開發(fā)的政策支持下，基礎水利設施和交通設施都處在快速的建設過程中，新建鐵路、公路難以避免與灌溉渠道等水利設施相鄰。若渠道位于路堤坡腳處，可兼作路堤排水溝，暴雨后渠道水位需盡快下降，若下降速率不同，其滲流場不同，從而路堤邊坡穩(wěn)定性也會改變。大量的工程實踐已經(jīng)證明了這一點。因此搞清渠道以不同水位下降速率的滲流對邊坡穩(wěn)定的影響規(guī)律對于路堤邊坡的防護和治理工程具有重要的意義。本文以下列路堤為計算模型，路堤頂寬11 m，路堤高 7 m，邊坡坡率為 1∶1.5，渠道為梯形，底寬為2 m，高為2 m，邊坡坡率為1∶1.5。如圖1所示。

圖1 路堤橫斷面

2 滲流場模擬

2.1 建模及確定計算參數(shù)

對該滲流場作動態(tài)分析，滲流計算模型如圖2所示。其中，路堤的水傳導率函數(shù)如圖3所示，體積含水率函數(shù)如圖4所示。初始情況，渠道的水位以下節(jié)點的邊界條件為定水頭邊界H=7.5 m，水位變化后，總水頭為時間的函數(shù)，如圖5所示。路堤頂及邊坡的邊界條件為單寬流量 q=1.15×10－6m3/s，模擬年平均降雨量。

圖2 滲流計算模型

圖3 水傳導率函數(shù)

2.2 滲流場模擬

按照上述模型運用GEO-SLOPE軟件的SEEP模塊進行計算，計算時改變水渠水位的下降速率，分別為v1=12.5 cm/h，v2=6.25 cm/h，v3=3.17 cm/h，由于篇幅限制，滲流模擬結果只給出了三種下降速率下，12 h后的結果如圖6～圖8所示。

圖4 體積含水率函數(shù)

圖6 當v1=12.5 cm/h時，12 h后的滲流模擬結果

圖7 當v2=6.25 cm/h時，12 h后的滲流模擬結果

圖8 當v3=3.17 cm/h時，12 h后的滲流模擬結果

在上述模擬計算結果圖中，虛線表示坡體內(nèi)的地下水浸潤線，數(shù)字表示總水頭等值線數(shù)值。由圖可知，渠道水位下降速率不同時，人工渠道的滲漏對路堤邊坡滲流場的影響不同。

3 邊坡穩(wěn)定模擬

邊坡的穩(wěn)定分析計算模型如圖9，計算時采用SLOPE/W模塊畢肖甫法，路堤土重度可取γ=19 kN/m3，黏聚力 c=4 kPa，內(nèi)摩擦角 φ =42.7°，路基土重度取 γ =21 kN/m3，黏聚力 c=40 kPa，內(nèi)摩擦角 φ =25.0°。

圖9 邊坡穩(wěn)定分析模型

邊坡穩(wěn)定分析模塊SLOPE/W是用網(wǎng)格法來搜索危險滑動面的。方法是首先在邊坡上方確定一個范圍，然后把這個范圍劃分成網(wǎng)格(見圖9右上角)，網(wǎng)格上每個結點都是有待試算的搜索圓心，即圖中的旋轉中心。再在坡體內(nèi)確定一系列的直線，即控制半徑切線(見圖9)。以每一個旋轉中心作為圓心做與控制半徑切線相切的圓弧，對它們進行穩(wěn)定計算，求出其中最小安全系數(shù)所對應的圓心位置及滑弧。如果該圓心在網(wǎng)格周邊的結點上，則所求即是危險滑移面及其安全系數(shù)，否則，需要重新調(diào)整旋轉中心或控制半徑的范圍。開始時可以把搜索范圍劃得大一些，然后再根據(jù)計算的結果縮小、細化搜索的范圍，以提高搜索的效果。

按照上述方法，分別計算水渠水位的下降速率分別為 v1=12.5 cm/h，v2=6.25 cm/h，v3=3.17 cm/h時不同時刻的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，其孔隙水壓力采用滲流場SEEP/W計算的相應總水頭數(shù)據(jù)文件，由于篇幅限制，邊坡穩(wěn)定分析結果只給出了三種下降速率下，12 h后的結果如圖10～圖12，其余結果列于表1中。