茂县电化厂滑坡区渗流场模拟及排水疏干效果探讨范文

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论文字数:51223 论文编号:sb2021051914094135603 日期:2021-06-08 来源:硕博论文网
本文通过变水头渗透试验得到各岩层的初始参数取值,各岩层渗透系数如下;耕土和人工填土 K=1.21m/d,碎石土 K=1.728m/d,全风化千枚岩K=0.864m/d,强风化千枚岩 K=0.458m/d,试验所得参数可作为地下水动态模拟的初始值。

第 1 章 前言

1.1 选题背景及研究意义
1.1.1 选题背景
该滑坡位于四川省阿坝州茂县富顺乡团结村四川岷江电化有限公司厂区西面。滑坡纵坡长约 368m,横向最大宽度约 230m,滑体平均厚约 15m,面积约0.06km2,方量约 94.2×104m3,主滑方向约 89°。据现场调查,该滑坡主要威胁对象为滑坡体前缘四川岷江电化有限公司厂区内设施及约 600 工人。该滑坡目前处于基本稳定~欠稳定状态,一旦出现滑动将直接对滑坡前缘建筑及人员造成较大的损失,对生命财产安全造成严重威胁。
2011 年,滑坡前缘采用“锚拉桩板墙+截排水沟”对该滑坡进行了工程治理,其中前缘的抗滑桩共 22 根,桩截面 2.0m×3.0m,桩长 24m。治理后滑坡区 2012年至 2016 年变形轻微,工程起到了防灾抗滑作用。近年来受多次强降雨持续影响,2017 年至 2018 年滑坡变形明显加剧,滑坡范围扩大,后缘拉裂缝长达 40m,宽 10-50cm。造成滑坡前缘的桩板墙变形较大,桩顶最大位移量 1.2m,最大倾斜角 10°,超过了设计允许变形量,抗滑桩存在结构不安全的严重隐患。为此,四川岷江电化有限公司及时采用在现有抗滑桩板上增加压力分散型预应力锚索加固+桩前堆载反压+滑坡体上部削方减载+滑坡体泄水孔的方案进行了应急抢险治理,工程实施后滑坡变形趋于平稳,除现有应急治理外,综合治理必须进行。在治理中,计算出单宽边坡推力大,如果只采用支挡结构,则成本太高,故同时兼采用排水措施更为经济,现有排水措施能否起到应有的排水效果,则需要通过相应手段去验证。
图 1-1 研究区滑坡全貌(据湖北地勘)
图 1-1 研究区滑坡全貌(据湖北地勘)
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 关于滑坡的研究现状
滑坡研究起源于 20 世纪 20 年代的瑞典,对滑坡深入的研究则是在第二次世界大战以后,各个国家开始对偏远山区的土地进行开发和发展。早在上个世纪50 年代美国学者 K.Terzaghi 发表了一篇名为《滑坡机理》的文章,其文章中对滑坡的主要原因、发展过程、稳定性评价方法以及在工程中是如何表现的都做了比较系统的描述。在 1952 年澳大利亚一新西兰的区域性上力学会议上,报告的第 4 页几乎全部和滑坡密切相关,1954 年 9 月在瑞典的斯德哥尔摩召开全欧第一届土力学会议,主题就是滑坡稳定性问题,其中 23 篇报告中介绍了挪威、瑞典、英国等国家的滑坡,l958 年美国公路局的滑坡委员会编写了《滑坡与工程实践》一书,是世界上第一本全面叙述滑坡防治的著作。l960 年日本的高野秀夫发表了《滑坡与防治》一书,日本的滑坡协会在 1964 年 3 月正式成立并且出版了刊物《滑坡》,后又成立滑坡对策协会,出版《滑坡技术》,这是当时国际上两种关于滑坡的专门刊物。前苏联在 50 年前召开过全国滑坡会议,并介绍了当地国家的一些滑坡,并且还出版了相应的论文集册。早在上个世纪 60 年代,布拉格举办过第 23 届国际地质大会,并在此期间成立了“滑坡及其块体运动"委员会,J.paseK 担任其委员会的主席。这是当时来自不同国家的地质学家组成的国际性组织,建立之初成员只有是来位。在每次召开的学术研讨会上,各个国家的地质专家就滑坡的治理方法和新的相关研究技术进展交换建议和经验。在半个多世纪以来,在滑坡的发生、发展规律和有效防治措施的研 究上有了长足的发展,如对不同类型滑坡产生的环境地质条件、作用因素的定性定量研究,滑带土残余强度的研究,滑坡分布规律的研究,监测预报技术的研究等。在 l977出版的 《Rock Slope Engineering》一书中将边坡失稳破坏归纳为平面破坏,楔体破坏,圆弧破坏和倾倒破坏四种类型,系统的阐释了边坡破坏的基本力学原理,抗剪强度如何通过实验确定,以及边坡破坏类型和稳定性分析方法。
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第 2 章 研究区滑坡特征及水文地质条件

2.1 气象水文
2.1.1 气象
茂县当地的气温较温和、无严冬严寒、无燥热酷暑,属高原型季风气候。该县一年内气温变化较小,日差较大,多年来当地气温都维持在 11.1℃左右,变幅在 10.3~11.9℃内波动,最冷月(1 月)均温 0.8℃,变幅-1.9~2.7℃之间,最热月(7 月)均温 20.4℃,变幅在 21.6~19.4℃之间,全县各地的气温具有较大差异,大约海拔每升高100m,平均气温下降0.55~0.6℃,历年极端最低温为-11.6℃,极端最高温为 32.0℃,无霜期年平均 215.8 天。
茂县位于川西山区,地形对气候有显著影响,降雨量在地区分布上极不平衡,具有中部较少,向周边延伸逐渐增加的的降雨特点。茂县多年平均降水量484.1mm,年最大降雨量为 560.6mm,年最小降雨量为 335.5mm,单月最大降雨量为 168.1mm,单日最大降雨量为 75.2mm。2018~2019 年茂县地区每月的日平均降雨量如图 2-1 所示。
图 2-1 茂县区 2018~2019 年每月日平均降雨量
图 2-1 茂县区 2018~2019 年每月日平均降雨量
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2.2 研究区工程地质背景
2.2.1 地形地貌
该场地位于茂县富顺乡团结村,地貌单元属中山地貌,区内出露基岩为志留系茂县群灰绿色千枚岩夹砂岩、灰岩,岩层产状中缓,覆盖层多为残坡积层含碎石粉质黏土。受岩性和构造的控制,区内斜坡上部较陡,坡脚相对较平缓,多呈台阶状。
滑坡区位于斜坡体中下部,该地段平均坡度约 20~30°,局部平缓处为耕地,平均坡度约 5~15°,斜坡上方小陡坎都远,一般高 1.0~2.0m。滑坡区地形起伏总体呈上缓下陡,前缘高程为 1145m,后缘高程为 1245m,相对高差约100m,坡体上方植被较发育,现多为农户种植蔬菜。滑坡体前缘为四川岷江电化有限公司厂区,左侧为自然冲沟,边界多以裂缝为主。
图 2-3 场地地貌图
图 2-3 场地地貌图
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第 3 章 渗透系数的试验研究.................................22
3 .1 试验方案.......................................22
3.1.1 取样及分组...............................22
3.1.2 试样重度测定............................23
第 4 章 滑坡区地下水位动态特征...................................30
4.1 长观孔的位置布置.........................30
4.2 滑坡区排水措施实施简介................................30
第 5 章 滑坡地下水动态三维数值模拟......................45
5.1 概述...................................45
5.2 研究区三维渗流的模型建立..................45

第 6 章 设计暴雨下渗流预测及排水效果评价

6.1 概述
在第五章所得可靠模型的基础上来对研究区的坡体水位进行预测。研究区2018 年雨季的降雨量远远超过茂县地区多年平均降雨,根据业主意见,研究区设计暴雨条件按 2018 年的雨季降雨考虑。由于无 2018 年的坡体水位监测资料,且 2018 年 1 月~4 月的降雨量和 2019 年 1 月~4 月的降雨量接近(见图 2-1),故选取 2019 年 4 月 1 日的水位作为初始计算水位,选取 2018 年的降雨量作为计算值来预测在类似 2018 年降雨量的条件下排水结构的疏干效果。本章在进行设计暴雨条件下滑坡三维渗流场的预测时,拟定了三种降雨强度即降雨历时三种工况在有无排水结构条件下的预测计算,详见表 6-1 所示。
表 6-1 设计暴雨条件下流场预测工况(有无排水结构)
表 6-1 设计暴雨条件下流场预测工况(有无排水结构)

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结论


本文在基于茂县富顺乡团结村岷江电化有限公司厂区西面边坡的勘察报告、现场测量、理论分析、经验取值、试验数据的基础上。使用 Modflow 软件为研究工具,以试验方法为手段,从数值模拟所需参数出发进行变水头渗透试验。并将试验后各岩层参数带入 Modflow 所建的坡体三维地质模型中来进行水位的拟合计算,模拟出准确的岩层参数和边界条件,然后再用所得的可靠模型来预测有排水结构和无排水结构在不同时长暴雨工况下的水位变化,最后通过饱水比和疏干比来评价排水结构对坡体水位的影响。本文所得主要结论如下:
(1)本文通过变水头渗透试验得到各岩层的初始参数取值,各岩层渗透系数如下;耕土和人工填土 K=1.21m/d,碎石土 K=1.728m/d,全风化千枚岩K=0.864m/d,强风化千枚岩 K=0.458m/d,试验所得参数可作为地下水动态模拟的初始值。
(2)根据已有的滑坡平剖面图、不同岩层厚度、勘察报告中滑坡范围、实测水文条件、试验参数建立了无排水结构坡体的三维地质模型,结合排水结构的布置采用注/抽水井等效替代的方法建立了有排水结构情况下的三维渗流模型。
(3)基于地下水动态监测的结果,对有无排水结构时的情况进行了地下水动态拟合,获得拟合后的岩层及排水结构等效替代参数分别为:耕土和人工填土K=0.820m/d,给水度=0.14;碎石土的 K=1.310m/d,给水度=0.21;全风化千枚岩K=0.790m/d,给水度=0.08。强风化千枚岩 K=0.076m/d,给水度=0.03。排水结构及边界条件的等效注/抽水量为;注水井为 0.09m3/d,排水洞为 0.20m3/d,仰斜排水孔为 0.16m3/d,管井为 0.14m3/d,排水沟为 0.10m3/d,,蒸发排泄为 0.15m3/d。模拟结果显示,在无排水结构条件下,地下水动态主要受降雨影响,在有排水结构条件下,地下水动态主要受排水结构控制。
(4)在已有的可靠模型基础上对坡体进行了不同降雨工况下的水位预测,选取 2018 年雨季的降雨作为设计降雨条件(2018 年 4 月~2018 年 8 月,2018 年7 月,2018 年 6 月最后 7 天),文中进行了设计暴雨情况下和枯水季节条件下有无排水结构的渗流场模拟,最后得到设计暴雨工况下滑坡体的疏干比例在33.7%~49.6%之间,枯水季节(2019 年 1 月~2019 年 4 月)滑坡体的疏干比例在44.6%~47.6%之间,综合可以基本确定此次排水结构的疏干比例在 33.7%~49.6%之间,具有较好的疏干能力,且设计报告中对排水结构的设计要求是疏干比例达到 30%~32%时坡体即为安全的,故根据计算所得数据此次排水结构设计是符合坡体排水要求的。
参考文献(略)


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