人工渠道水位下降速率对路堤边坡稳定的影响

2011-05-04刘翠容孔德惠

铁道建筑 2011年7期

刘翠容，孔德惠

(西南交通大学峨眉校区土木系，四川峨眉山 614202)

1 情况介绍

在西部大开发的政策支持下，基础水利设施和交通设施都处在快速的建设过程中，新建铁路、公路难以避免与灌溉渠道等水利设施相邻。若渠道位于路堤坡脚处，可兼作路堤排水沟，暴雨后渠道水位需尽快下降，若下降速率不同，其渗流场不同，从而路堤边坡稳定性也会改变。大量的工程实践已经证明了这一点。因此搞清渠道以不同水位下降速率的渗流对边坡稳定的影响规律对于路堤边坡的防护和治理工程具有重要的意义。本文以下列路堤为计算模型，路堤顶宽11 m，路堤高 7 m，边坡坡率为 1∶1.5，渠道为梯形，底宽为2 m，高为2 m，边坡坡率为1∶1.5。如图1所示。

图1 路堤横断面

2 渗流场模拟

2.1 建模及确定计算参数

对该渗流场作动态分析，渗流计算模型如图2所示。其中，路堤的水传导率函数如图3所示，体积含水率函数如图4所示。初始情况，渠道的水位以下节点的边界条件为定水头边界H=7.5 m，水位变化后，总水头为时间的函数，如图5所示。路堤顶及边坡的边界条件为单宽流量 q=1.15×10－6m3/s，模拟年平均降雨量。

图2 渗流计算模型

图3 水传导率函数

2.2 渗流场模拟

按照上述模型运用GEO-SLOPE软件的SEEP模块进行计算，计算时改变水渠水位的下降速率，分别为v1=12.5 cm/h，v2=6.25 cm/h，v3=3.17 cm/h，由于篇幅限制，渗流模拟结果只给出了三种下降速率下，12 h后的结果如图6～图8所示。

图4 体积含水率函数

图6 当v1=12.5 cm/h时，12 h后的渗流模拟结果

图7 当v2=6.25 cm/h时，12 h后的渗流模拟结果

图8 当v3=3.17 cm/h时，12 h后的渗流模拟结果

在上述模拟计算结果图中，虚线表示坡体内的地下水浸润线，数字表示总水头等值线数值。由图可知，渠道水位下降速率不同时，人工渠道的渗漏对路堤边坡渗流场的影响不同。

3 边坡稳定模拟

边坡的稳定分析计算模型如图9，计算时采用SLOPE/W模块毕肖甫法，路堤土重度可取γ=19 kN/m3，黏聚力 c=4 kPa，内摩擦角 φ =42.7°，路基土重度取 γ =21 kN/m3，黏聚力 c=40 kPa，内摩擦角 φ =25.0°。

图9 边坡稳定分析模型

边坡稳定分析模块SLOPE/W是用网格法来搜索危险滑动面的。方法是首先在边坡上方确定一个范围，然后把这个范围划分成网格(见图9右上角)，网格上每个结点都是有待试算的搜索圆心，即图中的旋转中心。再在坡体内确定一系列的直线，即控制半径切线(见图9)。以每一个旋转中心作为圆心做与控制半径切线相切的圆弧，对它们进行稳定计算，求出其中最小安全系数所对应的圆心位置及滑弧。如果该圆心在网格周边的结点上，则所求即是危险滑移面及其安全系数，否则，需要重新调整旋转中心或控制半径的范围。开始时可以把搜索范围划得大一些，然后再根据计算的结果缩小、细化搜索的范围，以提高搜索的效果。

按照上述方法，分别计算水渠水位的下降速率分别为 v1=12.5 cm/h，v2=6.25 cm/h，v3=3.17 cm/h时不同时刻的边坡稳定安全系数，其孔隙水压力采用渗流场SEEP/W计算的相应总水头数据文件，由于篇幅限制，边坡稳定分析结果只给出了三种下降速率下，12 h后的结果如图10～图12，其余结果列于表1中。