降水条件下土堤稳定性分析.pdf

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1、第３８卷第２期人民黄河Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．２２０１６年２月ＹＥＬＬＯＷＲＩＶＥＲＦｅｂ．，２０１６【防洪治河】降水条件下土堤稳定性分析１１１２１郭鸿，高斌，李军，魏鸿林，陈茜（１．陕西理工学院土木工程与建筑学院，陕西汉中７２３０００；２．中国城市建设研究院有限公司，北京１００１２０）摘要：传统的土坡稳定分析方法无法考虑降水作用的影响。基于瑞典条分法的基本理论，采用重度替代方法，推导出了考虑降水效应的安全系数表达方程。在此基础上，以汉中市城固县某土堤为研究对象，分析了降水强度和坡比对土堤安全系数的影响，并分别给出了降水强度和坡比与安全系数的拟合关系。最后，分析了在不同降

2、水强度下坡比对安全系数的影响规律，建议在修筑土堤时考虑当地的降水强度影响。关键词：土堤；降水；稳定分析中图分类号：ＴＶ８７１文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００⁃１３７９．２０１６．０２．０１２土堤是水利工程中重要的设施之一，它的稳定性和宽度大得多，而滑坡体沿长度方向的范围是不确定常常关乎人民生命财产的安全。在降水量较大的地的，虽然滑坡体两端对土体的滑动具有一定的阻力，但区，连续降水会加速土堤的失稳，从而造成极大的安全这种阻力对土堤稳定性的影响目前是很难准确确定［１－２］隐患。传统的土坡稳定分析诸如瑞典条分法通常的。因此，本研究在分析土坡的稳定

3、性时，不考虑滑动将土体视为含水率分布均匀的连续介质，然而实际情土体两端阻力的影响，将土坡的稳定分析简化为平面况和已有研究都表明：土体的黏聚力随着雨水侵泡时应变问题。如图１所示，建立土堤模型，土堤坡比为间的延长而大幅下降［３－４］。因此，将降水效应考虑到１?Ｎ，土堤上部宽为Ｗ，下部宽为２Ｌ，高为Ｈ。土堤稳定分析中具有迫切的现实意义，而且对于土堤失稳等自然灾害的治理和预防也具有重要的指导意［５］义。［６］瑞典条分法是土堤稳定安全分析的一种经典算法，目前仍然被很多工程应用，但是大多数对土堤稳图１土堤模型示意定安全性的分析没有考虑降水效应。基于此，笔者推取模型左半部分进行安全

4、稳定性分析，根据费伦导出了基于降水效应的土堤稳定分析方程，以期对工［７］纽斯提出的确定最危险滑动面圆心的方法，确定圆程实践提供理论参考。心Ｏ，ＡＤ为滑动面，Ｒ为滑弧面半径，见图２。１考虑降水作用的土堤稳定分析传统的条分法将土体分成竖条，并把其看作刚体，最后分别求作用于各个土条上的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩，最终求出安全系数。瑞典条分法是最早出现的条分法之一，其计算公式为ＭＲ∑（ｃｉｌｉ＋ωｉｃｏｓαｉｔａｎφ）Ｋ＝＝（１）ｓＭＴ∑ωｉｓｉｎαｉ图２考虑渗流效应的稳定分析示意式中：Ｋ为土堤稳定安全系数；Ｍ为总抗滑力，ｋＮ；ＭｓＲＴ为滑动力，ｋＮ；ｃｉ为土堤土体内黏聚力

5、，ｋＰａ；φ为土堤收稿日期：２０１５０４１７基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目（１５ＪＫ１１１７）；土体内摩擦角，（°）；ω为第ｉ条土条重，ｋＮ；α为第ｉｉｉ陕西理工学院２０１５校级科研项目（ＳＬＧＫＹ－２４）；陕西理工学条土条底滑面的倾角，（°）；ｌ为第ｉ条土条底滑面的院２０１５年大学生创新创业训练计划项目（ＵＩＲＰ１５０８７）。ｉ作者简介：郭鸿（１９８４—），男，陕西长武人，讲师，博士，研长度，ｍ。究方向为岩土工程计算与数值模拟。一般的土工建筑物如土堤、沟渠等，其长度比高度Ｅ⁃ｍａｉｌ：ａａｒｏｎｋｗｏ＠ｑｑ．ｃｏｍ·４５·人民黄河２０１６年第２期对土堤模型进

6、行几何分析，得到土坡上边界直线ｍ，坡比为１?３，室内土力学试验测得其干密度为１．５０３３ＡＢ的方程为ｇ／ｃｍ，饱和密度为１．６２ｇ／ｃｍ，黏聚力为１０ｋＰａ。鉴１于土堤的对称性，取土堤的一半进行计算。ｙ＝ｘ（２）ａＮ首先根据式（３）计算出土堤的浸润线位置，采用［８］考虑地基为不透水层，得到土堤浸润线方程为不同的降水强度计算得出浸润线的不同位置，见图４。ＩＩＬ２可以看出，随着降水强度的逐渐增大，浸润线的高度逐ａＷ２ａｙ＝－（－ｘ＋ＨＮ＋）＋（３）ｂＫ２＋Ｉ２渐上升，表明较大的降水强度使得更大范围内的土体ｅＫｅａＮ饱和度增加，这就在很大程度上影响了土堤的稳定性。式中：Ｉ为

7、平均降水强度；Ｋ为土堤渗透系数；Ｗ为ａｅ土堤上部宽。土坡滑面方程为２２ｙ＝ｖ－Ｒ＋（ｘ－ｕ）（４）ｃ式中：Ｒ为滑弧半径；ｕ和ｖ分别为滑弧的横、纵坐标。取滑动面其中任一土条（第ｉ条）分析其受力情况，见图３。图４降水强度对浸润线的影响在计算得到浸润线方程的基础上，再运用式（５）计算出不同降水强度下土堤的安全系数。取降水强度值Ｉ分别为０．１、０．３、０．５、０．７、０．９、１．１、１．３、１．５、２．０ａｍｍ／ｄ，代入式（３），再由式（５）得到降水强度和安全系数的关系，见图５。可以看出，安全系数随着降水强度的增大而逐渐减小，且减小的幅度越来越大。通过二项式