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库水位升降引起的渗流场变化对红土型库岸边坡稳定影响的研究

库水位升降引起的渗流场变化对红土型库岸边坡稳定影响的研究

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作者：邱观贵昆明理工大学

学位级别：硕士

在库水位上升的过程中,浸润线将库岸边坡划分为浸润线以下的浮容重区和浸润线以上的湿容重区。在库水位下降过程中,浸润线与库水位将库岸边坡划分为浸润线以上的湿容重区、浸润线与库水位之间的饱和容重区、库水位以下的浮容重区。因此... 详细信息

在库水位上升的过程中,浸润线将库岸边坡划分为浸润线以下的浮容重区和浸润线以上的湿容重区。在库水位下降过程中,浸润线与库水位将库岸边坡划分为浸润线以上的湿容重区、浸润线与库水位之间的饱和容重区、库水位以下的浮容重区。因此,伴随着库水位升降,库岸边坡不断发生应力重分布,边坡安全系数不断发生改变。与此同时,库岸边坡所受渗透压力也会随着库水位变化而发生变化。而库岸边坡稳定也会因库岸边坡安全系数变化和渗透压力变化而受到很大影响。为了分析库水位升降引起的渗流场变化对库岸边坡稳定的影响,首先需要利用Geo—studio软件中的渗流计算模块深入分析库水位升降幅度及速度、红土基本特性、库岸边坡形态这三方面因素对渗流场造成的影响,再利用Geo—studio软件中的边坡稳定分析模块分析这些因素引起的渗流场变化对边坡稳定造成的影响。为此,本论文展开以下工作:首先,本论文从土体干密度和初始含水率两方面分析红土特性变化对其渗透系数的影响。然后,利用Geo—studio软件对红土特性不同的库岸边坡进行渗流计算,根据孔隙水压力变化、浸润线变化以及渗透坡降变化分析不同干密度和初始含水率对库岸边坡渗流场和渗透压力的影响。结果表明:(1)当库水位升至最高点时,红土干密度和初始含水率越大,红土渗透系数越小,库岸边坡内的孔隙水压力越小,且所受渗透压力越大。(2)当库水位降至最低点时,红土干密度和初始含水率越大,库岸边坡内的孔隙水压力越大,且所受渗透压力越大。(3)当库水位下降最低点时,边坡前缘点是最容易发生渗透破坏的位置。其次,本论文从库水位升降幅度和升降速率两方面对库岸边坡渗流场进行计算,根据孔隙水压力变化、浸润线变化以及渗透速度变化分析库水位变化对库岸边坡渗流场和渗透压力的影响。结果表明:(1)浸润线随库水位上升而上升,随库水位下降而下降,且浸润线总是滞后于库水位,当库水位升至最高点或降至最低点时,滞后现象最明显。且当库水位升至最高点或降至最低点时,库岸边坡所受渗透压力达到最大值,最容易发生渗透破坏。(2)当库水位保持不变时,随着时间推移,库岸边坡内的浸润线高度会越来越高,而库岸边坡所受渗透压力会越来越小。(3)当库水位上升时,库水位上升速度越快,库岸边坡内的孔隙水压力越来越小,所受渗透压力越来越大。当库水位下降时,库水位下降速度越快,库岸边坡内的孔隙水压力越来越大,所受渗透压力越来越大。然后,本论文从边坡高度和边坡比两方面对库岸边坡渗流场进行计算,并根据孔隙水压力变化、浸润线变化以及渗透速度变化分析库岸边坡形态变化对库岸边坡渗流场和渗透压力的影响。结果表明:(1)库岸边坡高度越高,边坡比越大,库岸边坡所受渗透压力越大,但变化很小。(2)库岸边坡内的孔隙水压力与边坡高度成正比,边坡越高,库岸边坡内的孔隙水压力越大。(3)当库水位上升时,边坡比越大,孔隙水压力越小;当库水位下降时,边坡比越大,库岸边坡内的孔隙水压力越大。最后,通过分析各种因素引起的渗流场变化对库岸边坡稳定造成的影响,可以得到以下结论:(1)随着红土干密度变大,库岸边坡安全系数和库岸边坡所受渗透压力都会不断增大。(2)当库水位上升时,随着初始含水率增大,库岸边坡安全系数最大值没有发生明显变化,而渗透压力却会不断增大;当库水位下降时,随着初始含水率增大,库岸边坡安全系数最小值会不断变小,而渗透压力却会不断增大。(3)库水位上升时,库水位上升引起的边坡上水压力变化是造成边坡安全系数变化的主要原因。在蓄水阶段,滑块所受浮力随时间增大是造成边坡安全系数不断变小的主要原因。库水位下降时,库岸边坡安全系数先减小,后增大。(4)当库水位上升或库水位下降时,库岸边坡所受渗透压力会随之增大,且当库水位升至最高点或降至最低点时,渗透压力最大。此外,库水位上升时,距离边坡越近,渗透压力越小;库水位下降时,距离边坡越近,渗透压力越大。因此,库水位下降阶段是最容易出现库岸滑坡的阶段。(5)当库岸边坡安全系数达到极值时,边坡高度和边坡比越大,边坡安全系数极大值和极小值越小。(6)库岸边坡形态变化对库岸边坡所受渗透压力的影响很小。

关键词：红土库水位升降渗透系数库岸边坡稳定安全系数渗透压力

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