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许多滑坡是由于降雨而引起的。在降雨条件下,坡体内含水状态在不断变化,坡体的不同部位的孔隙水压力随时间呈现出不同的变化规律,其体内应力应变也会变得很复杂。当对潜在的不稳定滑坡实施抗滑桩治理以后,降雨作用将使其渗流场与应力应变场变化更加难以掌握。抗滑桩的存在是否会影响坡体的排水?降雨持续时间与降雨强度大小是如何影响滑坡体的渗流场与应力应变场的?当降雨总量一定时,不同的降雨时间与强度对抗滑桩的受力与位移会产生怎样的作用?降雨结束以后,先前的降雨是如何影响滑坡体与抗滑桩的?本文以马家沟滑坡为原型,运用饱和-非饱和渗流理论与降雨入渗理论,研究了滑坡进行抗滑桩治理后,不同降雨类型条件下滑坡体的渗流场与应力应变场的变化规律。本文主要工作与成果如下:
(1)首先阐述了非饱和土的入渗及变形理论。以三峡库区马家沟滑坡为研究对象,在深入了解马家沟滑坡工程地质条件的基础上,建立马家沟滑坡数值计算模型,合理选取岩土体水力学参数与物理力学参数,在充分搜集了马家沟滑坡气象水文资料的基础上,合理选取降雨工况。
(2)采用有限元法对不同降雨类型下滑坡体的渗流场进行模拟,计算结果表明:①降雨时间一定时,降雨强度越大,对渗流场影响的范围越大,并且影响区域是从滑坡体后缘开始往滑坡中下部延伸的,当降雨强度超过80mm/day时,滑坡中后部表面开始出现大面积表面积水,降雨强度的增加对滑坡深处的渗流场影响较小,但是对表面暂态饱和区的影响较为明显;②降雨强度一定时,随着时间的持续,滑坡体后缘首先出现暂态饱和区,并且暂态饱和区不断往下移动;③降雨总量一定时,当降雨时间小于18天,降雨类型对滑坡前缘的渗流影响较小。在滑坡体后缘,短时间强降雨主要在横向上影响滑坡体渗流场,长时间弱降雨主要在纵向上影响滑坡体渗流场;④降雨结束以后,滑坡体中后缘深部孔隙水压力增加具有时间上的滞后性,埋深越大,滞后时间越长。深部的孔隙水压力在降雨结束以后没有恢复到降雨之前状态;⑤对各个降雨类型条件下抗滑桩附近的渗流场进行分析发现,抗滑桩对滑坡体渗流场的影响可以不予考虑。
(3)以饱和-非饱和土变形理论知识为基础,对不同降雨类型下滑坡体与抗滑桩的应力应变场进行分析,通过计算获得以下基本成果:
(a)滑坡位移分析结果:①总体分析,抗滑桩附近滑坡体位移场越远离抗滑桩,其位移值越大,最大剪应变云图在抗滑桩位置中断;②降雨时间一定时,降雨强度越大,滑坡体X方向位移影响的深度越大,在降雨强度低于80mm/day时,滑坡体最大位移随着降雨强度的增加而增加较快,当降雨强度超过80mm/day以后,即使降雨强度继续增加,滑坡体最大位移增加缓慢;③降雨强度一定时,随着降雨时间的持续,滑坡体X方向位移云图变化范围越大,后缘位移变化最为明显;④降雨量一定时,降雨类型对滑坡体位移场影响差异不大。各监测点位移值变化不明显;⑤降雨结束以后的15天,滑坡体各监测点位移值趋于相等。短时间的强降雨对滑坡体位移影响的滞后时间更长。
(b)抗滑桩受力与位移分析结果:①在降雨前后,抗滑桩的受力与位移特征基本不变,桩体位移最大值出现在桩顶位置,桩体剪应力值呈“S”型,剪应力最大值位于锚固段上端,桩后X方向应力呈三角形分布;②降雨时间一定,随着降雨强度的增加,抗滑桩的桩顶位移、桩后土压力、桩体最大剪应力也随之增加,在降雨强度小于80mm/day时,他们增加的速度较快,当降雨强度超过80mm/day时,增加速率明显减小;③降雨强度一定,随着降雨时间的持续,抗滑桩的桩顶位移、桩后土压力、桩体最大剪应力增加明显,降雨第十天桩后土压力增加了近9%;④降雨总量一定时,不同降雨类型条件下,抗滑桩的桩顶位移、桩体最大剪应力规律性不强,桩后土压力随着降雨时间的增加而明显增加;⑤短时间强降雨条件下,桩后受力在降雨结束后第三天增加幅度较大。
(4)对比分析各种工况条件下抗滑桩效果,以研究降雨因素对抗滑桩效果影响的程度,分析结果表明:当降雨强度超过80mm/day时,降雨强度的增加对抗滑桩抗滑效果影响增加不明显;当降雨小于80mm/day时,降雨时间对抗滑桩效果的影响是呈线性增加的;降雨总量一定时,降雨时间越长,对抗滑桩效果影响越明显;降雨对抗滑桩的影响具有时间上的滞后性。