裂隙对红粘土边坡渗流稳定的影响分析.pdf

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1、中外公路第34卷第4期302014年8月文章编号：1671—2579(2014)04—0030—05裂隙对红粘土边坡渗流稳定的影响分析何荷，张静波。，王云(1．贵州高速公路集团有限公司，贵州贵阳550004；2．中交第二公路勘察设计研究院有限公司)摘要：为探讨裂隙对红粘土路堤边坡渗流稳定的影响规律，采用非饱和湿热耦合有限元分析方法，模拟了9种裂隙工况下边坡瞬态水分迁移过程，并基于非饱和强度理论耦合计算了边坡稳定性。分析得出，裂隙的存在明显加深了边坡降水影响深度，考虑裂隙工况下降水影响深度为裂隙埋深加上气候影响深度，裂隙间距对湿度影响深度贡献小，它主要控制着降水早期边坡水分迁移，裂

2、隙埋深是影响边坡渗流和稳定的主要因子，裂隙埋深小于1．0rn时裂隙对边坡稳定性影响不敏感，而裂隙埋深达到2．0m以上时影响十分显著。关键词：道路工程；边坡稳定性；数值模拟；红粘土；裂隙；渗流红粘土作为典型的特殊土之一，具有“吸水软化，6失水开裂”的水敏性及裂隙性特征，受降水蒸发等气候42因素影响强烈。红粘土尤其是压实红粘土透水性很低0(1×10～1×10_。m／s)，若不考虑其裂隙性，边坡稳—2定对雨水人渗则不敏感，这与红粘土滑坡的季节性与—4浅层性特征不相符。关于裂土边坡稳定，前人做了许—6O3691215多有益的研究，殷宗泽、孟黔灵、王培清等采用分层等xlm效参数法进行裂隙对

3、边坡渗流稳定分析，这种方法简单实用，但没能兼顾裂隙的非均质性；姚海林、袁俊平图1路基模型等采用裂隙孔隙双介质模型，研究了裂隙非均质性对发、降水入渗及热传导作用，数学模型见文献Es]，模拟边坡渗流稳定的影响，而未考虑真实气候的作用。该过程利用非饱和湿热耦合有限元分析软件GE0一文尝试从真实气候及裂隙出发，采用非饱和湿热耦合STUDIO中VADOSE模块实现。模型以原地面线为有限元分析方法，模拟不同裂隙工况下边坡瞬态水分基线，地下水埋深为一4In，路面及中轴面为隔水边迁移过程，并基于非饱和强度理论耦合计算了边坡稳界，路堤边坡及原地面为大气降水入渗边界，其他为定定性，意在探讨裂隙对红粘

4、土路堤边坡渗流稳定的影水头边界；热传导模型中，底部为恒温边界、顶部为大响规律。气温度边界、两侧为隔温边界。模型材料为压实红粘土，不同压实度条件下非饱和土渗透系数、体积热容和1模型参数导热系数等参数见表1。稳定性分析模型以降雨入渗渗流计算结果为基以某公路红粘土填方路基为原型，取半幅路基建础，利用基于Fredlund非饱和土强度理论的极限平衡立计算模型，路床顶宽12m，填方高6m，路床高0．8法进行边坡稳定性耦合分析，计算过程由SLOPE模m，路堤高5．2m，上路堤高0．7m，下路堤高4．5m，块实现。红粘土强度参数见表2，不同压实条件下内路堤边坡坡率为1：1．5，路堤底宽21m；为

5、减小边界摩擦角变化小，土体粘聚力变化敏感，考虑到气候干湿效应将计算区向下扩展6m，向右扩展9m(图1)。循环影响，对于裂隙作用区域土体以0．5为系数修正渗流模型采用非饱和湿热耦合方法，考虑边坡蒸有效粘聚力。收稿日期：2014—05—25基金项目：交通运输部西部交通建设科技项目(编号：20113184931700)作者简介：何荷，女，工程师．2014年第4期何荷，等：裂隙对红粘土边坡渗流稳定的影响分析31表1不同压实条件下非饱和红粘土湿热参数表2不同压实度红粘土强度参数值2考虑裂隙的红粘土路堤边坡渗流压实度／％有效内摩擦角有效粘聚力C／(。)p／kPa模拟10019．243．6采用

6、非饱和湿热耦合有限元分析软件VADOSE，9618．940．1模拟在极端降雨条件下，不同裂隙工况红粘土边坡的9318．728．8瞬态渗流过程，气候参数选取南宁市2011年9月298718．819．1日至10月7日共9d的气象数据，包括温度、降雨量、蒸发量等(表4)。裂缝的存在和发展是红粘土边坡失稳的重要原表4气象参数(2011年)加¨因，包括两个方面：1)裂缝使土的抗剪强度降低，大大4386968O5削弱了其抗滑能力；2)裂缝成了水的通道。两者归根结底是坡体内湿热循环的影响。为计算分析裂隙对边∞鸺∞O9～29O．6坡渗流稳定的影响，该文将杂乱无序的裂隙网络等效o9—3O115．7

7、处理为等宽等间距竖直分布的裂隙网络，采用裂隙孔431333321449413O551o——o193．7隙双介质模型模拟降水入渗条件下裂土水分的迁移过1O—O267．2程，然后进行边坡稳定性耦合分析，考虑裂隙的间距和1O—O3O．2深度两个主要因子优化设置出9种对比计算工况(表3)。1o——0415．11O—O55OO233．322211表3裂隙工况设置811887O671O—O647．11O—O75O．2工况11．00经边坡渗流瞬态分析，得到不同裂隙工况下湿度工况20．50场分布