水位升降对荆江高滩岸坡渗流场影响分析.pdf

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1、第46卷第9期人民长江Vo1．46．No．92015年5月YangtzeRiverMay，2015文章编号：1001—4179【2015)09—0036—05水位升降对荆江高滩岸坡渗流场影响分析谭彬政，陶桂兰，庄宁，宋云涛2(1．河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏南京210098；2．长江南京航道工程局，江苏南京210011)摘要：为了进一步分析长江荆江中州子河段高滩岸坡稳定性，考虑该河段水位变化特点，以饱和一非饱和渗流理论为基础，应用Geo—studio软件seep／w渗流分析模块，对该河段二元土体结

2、构高滩岸坡进行了渗流场模拟。结果表明：江内水位上升初期及下降期间，岸坡渗流以指向江内为主，且渗流方向随着水位升降而变化；当水位升降速度小于土体渗透系数时，土层内浸润线基本与江水位同步变化，反之则浸润线明显滞后于江水位变化，且水位降速越大，地下水位坡降越大，不利于岸坡稳定；水位上升时，岸坡内最大孔隙水压值增大，负孔隙水压区(非饱和区)减少，反之则最大孔隙水压值减少，负孔隙水压区增加。关键词：非饱和土；水位升降；渗流场；孔隙水压力；高滩岸坡中图法分类号：P642文献标志码：ADOI：10．16232／j．cn

3、ki．1001—4179．2015．09．009长江荆江河段上起湖北省枝城、下迄湖南省洞庭降落的响应规律¨。湖口的城陵矶，流经湖北省的宜都、枝江、松滋、江陵、荆江中洲子段河岸土体主要由上部黏性土、下部沙市、公安、石首、监利及湖南省华容、岳阳等市县，全砂土组成，本文根据该段岸坡土体二元结构特性及荆长347．2km。荆江河段河岸地质条件复杂，河床演变江河段水位变化特点，探讨长江水位上升和下降过程剧烈，且长江水位季节性涨落，水位变幅大，使高滩岸中，荆江河段高滩岸坡的渗流场变化特点，为进一步分坡渗流场、应力场产生

4、剧烈变化，极易导致其产生较大析高滩岸坡稳定性提供参考。变形甚至失稳。历史上，荆江河段北岸学堂洲、观音1岸坡地质条件及典型断面选取矶、祁家渊、郝穴，以及南岸调关、南五洲、七弓岭等地方曾发生过较大规模滑坡⋯。影响边坡稳定性的因中洲子高滩岸坡位于长江荆江河段中游，两岸地素较多，其中地下水的作用不可忽视，其大部分都是通势总体西高东低，地面高程一般在26～42I13之间(黄过渗流对应力场和土体强度的作用来实现的。琼斯等海基面，下同)，河宽一般1～2km。该河段位于晚元调查了罗斯福(Roosevelt)湖附近地区19

5、41～1953年古代扬子旋回末形成的一级构造单元扬子准地台的两发生的一些滑坡，发现49％发生在1941～1942年蓄湖断拗二级构造单元内。工程区的地层主要为第四系水初期，30％发生在水位骤降10～20m的情况下，其全新统(Q4)冲积层，可细分为②1灰黄色粉质黏土、余为发生在其他时间的小型滑坡。由此可见，库水③1松散～稍密粉细砂、③2中密粉细砂、③密实粉细位涨落对于库岸边坡的稳定性有重大影响。很多学者砂4层，典型特征断面见图1，所取断面位于中洲子高对此进行了大量研究，柳群义等根据饱和一非饱和渗滩守护工程上游

6、200m处，岸坡顶面高程34．5m，河流控制方程，从不同土体的渗透性和坡外水位升降速底高程约13．0m，岸坡高度约21．5m。该岸坡断面共率等角度出发，研究了坡外水位变化条件下坡内孑L隙有3个土层：第一层土为粉质黏土，厚3．5m；第二层水压力的动态响应。李智慧等分别通过边坡模型土为松散～稍密粉细砂，厚17～23m；第三层土为中试验，研究了不同水力条件下坡内渗流场对坡前水位密粉细砂⋯。收稿日期：2015—01—14作者简介：谭彬政，男，硕士研究生，主要从事港航工程设计及研究。E—mail：yngao@126

7、．eom第9期谭彬政，等：水位升降对荆江高滩岸坡渗流场影响分析37二维有限元网格共剖分为11429个单元，11768个结点。渗流的边界条件为：①模型两侧地下水位以上边界按零流量边界处理，地下水位以下为给定水头边界；模型左侧边界取地下水位为地面以下深度2．5m，即给定水位高程32m；模型右侧坡面水位值根据江水位变化而定；②模型底边取零流量边界；③定义左边界一列单元和右边界一列河床单元为无限单元，其边界图1荆江中洲子河段典型断面和水位线延伸至无穷远处。2．3计算参数2饱和一非饱和渗流场数值模拟2．3．1饱和土

8、渗透系数2．1二维饱和一非饱和渗流控制方程由于缺少实测资料，本文根据土的类型和相关资本文运用非饱和土理论建立数值模型，水位升降料来确定土体饱和渗透系数，具体取值如下：粉质的岸坡土水运移可考虑为二维饱和一非饱和渗流问黏土为5×10～m／s；松散一稍密粉细砂为5×10题，控制方程为⋯m／s；中密粉细砂为10～m／s。()+()+Q=m(1)2．3．2土一水特征曲线由于缺乏基质吸力及其对应的含水量实测数据，式中，为总水头；k和k分别