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深层排水孔堵塞对富水岩质高边坡稳定性的影响

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admin 发表于 2018-10-17 14:30:10 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
山区工程建设中,高边坡施工是一种重要的工程承载体,在富水区,其稳定性是工程建设首要解决的工程地质问题和岩土力学问题。发生在山区的地质灾害中,水毁灾害发生频率最高,其中边坡区段尤为突出,根据陕西、四川等地统计,在公路水毁地质灾害中,边 坡 路 段 约 占 全 路 段 的40% ~55%。 可见,富水区边坡宜设置合理的排水系统,以确保边坡工程的安全。对于岩质高边坡工程,布置深层排水孔是一种简单实用且较为普遍的方法。岩质高边坡排水过程 中,由 于 细 小 颗 粒 沉 积,地 下 水 渗 流 结晶、微生物生长等,常导致排水管道堵塞,进而抬升坡内地下水位,严重威胁边坡的稳定性和支护结构的安全,有必要开展排水孔堵塞对边坡稳定性影响的研究。

深层排水孔堵塞对富水岩质高边坡稳定性的影响

深层排水孔堵塞对富水岩质高边坡稳定性的影响
关于排水管道堵塞问题,科研工作者采用理论推导、实验等方法进行过诸多研究,取得了一系列成果。例 如,Pedescoll等、Hua等、Morvannou等分析了人工湿地堵塞的机理并提出了一系列处置措施。刘璐等利用内镶片式斜齿形迷宫流道灌水器进行堵塞实验,确定了灌水器最易堵塞的泥砂粒径和含砂量。周卓利用经验公式,模型试验研究了地下 水 结 晶 导 致 隧 道 排 水 管 堵 塞 的 机 理。li等利用滴灌试验研究了不同水质条件下滴管的堵塞 规 律。Oaselles-Osorio等、Zhong等研究发现,微生物生长会在汇水处形成一层生物膜,其扩散会导致附近的孔隙率和渗透系数持续减小,进而造成排水管道堵塞。总结起来,排水管堵塞的原因可以归纳为物理、化学、生物几个方面。深层排水孔堵塞常常涉及多种因素综合作用,很难通过上述方法进行研究,采用数值方法进行边坡渗流场与应力场耦合分析是一种有效的辅助措施。现阶段,排水孔模拟的 主 流 方 法 有 “以 管 代 孔”法、汇 线 单 元法、排水子结构法、空气单元法等。已有研究中,通常对排水孔上各点给定水头来计入排水孔的作用;然而,在高边坡工程中,各排水孔中的水头并不相等,甚至有部分零水头排水孔,通过赋予水头来模拟排水效果并不完全合理。“空气单元法”依据水头等效的原则,确定排水孔等效渗透系数,即将排水孔视为一种强渗透介质,模拟其排水效果;通过调整排水孔的渗透系数,即可计算排水孔不同堵塞工况下的应力场和渗流场。
如何真实反映富水岩质高边坡(下文简称边坡)深层排水孔(下文简称排水孔)堵塞对边坡稳定性的影响,是笔者研究的重点。依托大湾沟2号深路堑边坡工程,基于排水孔模拟的空气单元法,利用有限元软件进行数值计算,开展排水孔不同工况下的坡内水位变化以及支护结构的力学响应研究,并计算各种堵塞工况下的安全系数,定量评价排水孔堵塞对边坡稳定性的影响,提出富水区边坡支护结构的设计新思路。
建立了考虑边坡排水孔堵塞的边坡稳定性分析模型,利用数值方法研究边坡排水孔不同堵塞工况下的坡内地下水位和支护结构力学响应,探讨了排水孔堵塞对边坡稳定性的影响,得到如下结论:
1)高边坡排水孔堵塞后,坡内地下水位显著抬升,一方面会导致岩体的力学性质劣化,另一方面增大边坡岩体的下滑力,严重威胁边坡的稳定和支护结构的安全。
2)格构支护的变形响应受排水孔堵塞的影响显著,主要表现为:边坡最危险位置为坡趾剪出口附近岩体。坡趾剪出口位置出现了较大的侧向位移,有向外挤出的趋势,排水孔堵塞后,这种特征表现更加明显。
3)排水孔堵塞后,锚杆轴力有较大幅度的增长,位于自由水面下的锚杆段尤为显著;排水孔堵塞后,锚杆最大轴力对应的位置向边坡岩体深部发展,表明边坡潜在滑体有向岩体内部渐进扩展的趋势。
4)排水孔堵塞后,边坡的安全系数有大幅度的降低,尤其是排水孔接近完全堵塞状态时,排水孔堵塞会造成边坡安全系数的急剧减小,严重威胁边坡的安全性和支护结构的安全。


图文来自网络

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