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京南半岛F区建设场地内边坡水利工程稳定性定量评价

时间:2018-10-09 20:32来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇水利工程论文,水利工程中各种水工建筑物都是在难以确切把握的气象、水文、地质等自然条件下进行施工和运行的,它们又多承受水的推力、浮力、渗透力、冲刷力等的作
本文是一篇水利工程论文,水利工程中各种水工建筑物都是在难以确切把握的气象、水文、地质等自然条件下进行施工和运行的,它们又多承受水的推力、浮力、渗透力、冲刷力等的作用,工作条件较其他建筑物更为复杂。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇水利工程论文,供大家参考。
 
1 绪论
 
1.1 选题背景与研究意义
1.1.1 选题背景
随着我国经济与综合实力的不断提升,人民更加追求高品质生活,对生活环境的要求越来越高,从而带动了道路工程、水利工程、房屋建筑与土木工程建设的发展,在工程建设过程中形成了大量的边坡(杨晓玲,皆红富,刘华荣,2017),边坡失稳的现象也随之增加,使得边坡问题成为工程建设过程中的主要地质灾害(甘强,2017)。边坡失稳给人民的生命财产安全造成了巨大的威胁,因此边坡预防和治理在工程建设中是非常重要的(王晓东,2012)。本文将对河北省涞水县京南半岛 F 区建设用地进行边坡稳定性分析。评估总面积达到 8.68×104平方米。此次工作中,确定区域地质、水文地质、工程地质、环境地质调查面积 10km2,评估范围见图 1-1。根据《祖冲之文化森林公园一期工程项目工程场地物探勘察及动参数复核报告》,评估区最大震级约为 7 级左右,依据《建筑抗震设计规范》GB50011-2010以及保定市人民政府抗震防灾办公室的明确规定,涞水县设计基本地震加速度值为 0.15g,设防地震烈度为七度,区域地质背景复杂程度为中等。由于评估区内有由人类工程活动开挖形成的渣土堆积,渣土或沉积于基岩之上,或沉积于第四系残坡积层之上,由于长期受到雨水的冲刷,发育有较为密集的冲沟,且碎石较为松散,因此建设场地内不良地质现象发育程度中等;而位于评估区北东侧北山公园(待建)则为人工堆积所致,相对高差约 30m,坡度 35°左右,坡脚处人工开挖严重,形成潜在的不稳定边坡;场地西侧则为农田以及少量林地和坟地。根据收集的资料和现场踏勘可见由于建设开挖形成的堆积坡体、堆积平台、渣堆等潜在不稳定边坡在外力作用下可能发生边坡失稳,所以在建设施工前对场地内典型边坡进行稳定性分析是非常必要的(魏永幸,杨建国,2000)。
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1.2 国内外研究现状
 
1.2.1 边坡失稳引起的地质灾害研究
滑坡地质灾害作为常见的地质灾害之一,不断的给人民的生命财产安全带来损害。在山区滑坡地质灾害的发生会导致周边的河道堵塞、居民的房屋倒塌甚至大量的人员伤亡、公路道路被中断、大面积的公路坍塌等等。从我国地质资料馆统计的数据可知,2007 年 9 月 4 日,青海省湟中县鲁沙尔镇塔湾村清泉路发生规模 150m3的地质灾害山体滑坡,最终导致 2 间房屋倒塌,死亡人数 2 人。2007 年 10 月 17 日,吴起县雪岔乡发生黄土边坡崩塌,造成 9名外地务工人员被埋,导致 5 人死亡,4 人受伤。2009 年 8 月 10 日,浙江省温州市发生了一起公路滑坡大型事件,此次事故造成了约 10000 m3的道路塌陷,致使 7 间房屋倒塌,其中 2 人确认死亡、1 人受伤。2010 年 6 月 27 日,河北省承德市岑沟铁矿露天废弃采矿区边坡发生崩塌事故,导致 10 人被埋。2011 年 9月 19 日,西安市灞桥区发生一起山体滑坡事故,在这场灾害中,确认 14 人死亡,仍有 18 人没有无法找寻到。 2013 年 1 月 11 日,云南省昭通市发生一场非常严重的滑坡地质灾害,这场灾害中约 37 人死亡,受灾的村民有 15 户,这些房屋的住户中有 60 多人被倒塌的房屋填埋。2015 年 5 月 25 日,福建省大田县发生 1起小型土质滑坡,导致坡脚处一座房屋倒塌,造成 2 人死亡,1 人受伤。2016 年8 月 10 日初,湖南发生 1 起滑坡事件,这场灾害中 1 栋楼房遭到毁坏其中 6 人被埋。2017 年 10 月 25 日,陕西一煤矿厂区周围发生山体滑坡,致使 2 人身亡。边坡问题得到了广泛的重视,边坡的稳定性研究已经成为水利和岩土工程研究的一个重点内容,边坡的稳定性影响着整个工程的安全性、可靠度,所以在工程建设前后对边坡的稳定性做出定量评价,并根据评价结果做出相应的防治加固措施来降低边坡地质灾害的发生具有重要意义。
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2 研究区地质环境概况
 
“京南半岛”项目位于河北省涞水县,规划占地 6.0×106㎡。本文所涉及到的研究区 F 区的建筑面积约为 7.2×104㎡。涞水县坐落于河北省的中西部,地理位置优越,东西南北四面分别与高碑店、涞源、定兴、北京房山等相邻相通,与北京市中心的距离仅仅约 90 公里,来往首都非常方便,总面积约 1650.5 平方公里。“京南半岛”项目涉及涞水县东文山乡、北西租、安家洼等村落,具体位置位于涞水县迎宾街北,涞张路以西,京昆高速涞水西出口处东侧,场区与周边公路纵横交错,交通便利,项目位置见图 2-1、图 2-2。
 
2.1 气象水文
 
2.1.1 气象
评估区地处东亚大陆性季风气候带,属于暖温带半湿润大陆性季节型气候,七月份最高,平均 26.4℃。夏季气候炎热多雨,据统计,年降雨量最大的一次是1954 年,当时的降雨量约为 1406.8mm;年降雨量最小的一次是 1965 年,当年降雨量约为最大年降雨量约为 222mm,致使当地出现了轻度的干旱。此地的年降雨量分配的非常不均匀,8 月的降雨量最大,降雨一般就是几次特别集中的暴雨持续 1-3 天,降雨多为几次集中的暴雨,这个月份的降雨量就占据了年降雨量的 30%左右。冬季燥冷少雪,多年平均气温大约在 11.8℃左右,一月份气温最低,平均-5.3℃,标准冻结深度为 70cm,无霜期 130-140 天。
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2.2 地形地貌
涞水县地势西北高,东南低,地势由西北向东南倾斜。地貌分为低山、丘陵、平原三种类型。全县 81.2%是山区,坡度在 15°~40°。根据地貌类型划分原则,又可分为中山、低山和丘陵。其中:中山区面积 192875 亩,占全县面积的 7.79%,海拔高度 1122.6~1983m,相对高差 500~1100m,其雨量偏多,气候温和,多分布棕壤土;低山区面积 1578148.2 亩,占全县面积 63.74%,海拔高度 688~983m,相对高差 500m 左右,其成土母质为各类岩石风化后的残积物和坡积物,土壤类型为淋溶褐土和部分褐土性土;丘陵区面积 240110 亩,占全县面积的 9.1%,海拔高度在 500m 以下,相对高差 200~300m,地形切割破碎,风化严重,坡积物、洪积物覆盖较厚,黄土沉积较普遍,水土流失严重,表层较薄,土壤发育不明显,形成大面积的褐土性土。涞水县东南部为平原区,面积 389830 亩,仅占全县面积的 15.75%,是涞水县重要经济区。而建设场地位于太行山中段东麓低山丘陵地段,地形标高 50m~80m,地形坡度 15°~30°,地势总体北高南低,东高西低,地形较为平缓,属低山丘陵地貌。研究区整体上地下水埋藏较深,视野开阔适合建楼。但是目前由于开挖堆积,部分区域改变了原有的地貌形态。目前主要的微地貌类型有陡坡、平台、跌坎等,场地东北侧由于人工堆渣,形成高约 30m 的北山,而场地西侧则为农田以及少量林地和坟地。目前场地所包含的边坡主要有,北山人工堆积边坡、西侧农田边坡以及人工开挖边坡。(场地地貌见图 2-3~2-6)。
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3 工程建设前典型边坡稳定性现状分析..........26
3.1 评价方法及原理...........28
3.2 计算参数的选取...........29
3.3 模拟工况...........31
3.4 西侧农田边坡稳定性模拟.......32
3.5 北山人工堆积边坡稳定性分析...........41
3.6 本章小结...........50
4 基于 GEO-SLOPE 的边坡稳定性预测分析..............51
4.1 边坡稳定系数及参数选取.......51
4.2 模拟工况...........51
4.3 添加荷载后 15-15'边坡稳定性分析 ...............52
4.4 添加荷载后 17-17'边坡稳定性分析 ...............53
4.5 本章小结...........55
5 基于 FLAC3D的边坡稳定性预测分析 ..........56
5.1 数值模拟原理...............56
5.2 模拟工况...........58
5.3 计算参数的选取...........58
5.4 工程建设后场地内边坡稳定性分析...............59
5.5 本章小结...........68
 
5 基于 FLAC3D的边坡稳定性预测分析
 
在采用 GeoStudio 软件分析了工程建设后建设场地的稳定性后,为排除潜在滑动面的可能性,增强边坡稳定系数的可靠性,本章将采用 FLAC3D软件对 15-15'、17-17'边坡的稳定性进行验证,与 GEO-Slope 算得的结果进行对比。由于本论文所能获取的地形图范围有限,如果采用三维模拟需要考虑尺寸效应,对边界条件的设置有影响,所以本文采用二维进行模拟。
 
5.1 数值模拟原理
在对边坡的稳定性进行数值模拟时,判断边坡失稳的判据一直没有一个统一的标准,通过国内外的学者们不断的实践和总结最终确定了四种比较具有说服力且常用的判据,第一种是特征点的位移判据,当条件发生一些变化时边坡会出现极限状态,此种状态下边坡的一部分土体将发生相对的无限制的滑动。如果改变的条件为折减系数,那么边坡会发生一种位移变化,此时若出现了突变位移,则判断此时的边坡发生了失稳破坏。由于边坡中不同点的稳定系数不同,我们一般根据经验选取坡顶处水平位移作为失稳的判断依据;第二种是收敛判据,这种方法是不断地进行有限元数值迭代,迭代的结果如果收敛则一直进行计算,直到出现了不收敛,这时候就可以说明边坡发生了破坏,此时计算得到的折减系数即为我们要得到的稳定系数;第三种方法是塑性区判据,这种判据是根据塑性区的变形情况来判断边坡是否发生了失稳,由于坡体内部的塑性变形会随着折减系数的变化而变化,当塑性区扩大到整个变形的塑性区都连接成为一个通道时,这时说明边坡达到了破坏;第四种广义剪应变标准判据,在我们进行边坡的应力应变分析时会将记录的应变数据画成广义剪应变的等值线图,如果在作图过程中发现某一条等值线出现了坡底到坡顶的贯通线,此时边坡发生了失稳。四种判据各有各的特点,选好失稳判据对边坡稳定系数的准确性有着必然的联系,所以选择判据要根据边坡工程的实际情况来选择,当然也可以选择多选几个判据进行对比分析,本文根据边坡的自身条件以及工程经验将以收敛判据结合位移变化以及塑性区稳定系数作为判别坡体稳定性的依据。
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结论
 
本文以河北省涞水县京南半岛 F 区建设场地为研究对象。首先对极限平衡分析法以及数值模拟的方法做了简单的介绍。针对建设场地内的典型边坡北山人工堆积边坡和西侧农田边坡,结合场地的区域地质条件、工程地质条件以及勘察报告的试验资料,分析确定了计算所使用的岩体力学参数值。根据不同地层岩性和结构面组合情况,选取了场地建设前的 7-7'、20-20'、Ⅰ-Ⅰ'、Ⅱ-Ⅱ'四个剖面,并采用 GeoStudio 软件中的 SEEP/W 模块和 SLOPE/W 模块分别模拟和计算了天然、暴雨工况下的渗流场和天然、暴雨、地震工况下的稳定性。对工程建设后添加楼层荷载的 15-15'和 17-17'剖面在天然和地震工况下采用极限平衡法进行了稳定性分析,并采用 FLAC3D软件对其进行了水平位移、竖向位移、塑性区变形和边坡稳定性的预测分析,将两种方法得到的边坡稳定性进行了对比。得到如下结论:
(1)边坡 7-7'、20-20'、Ⅰ-Ⅰ'、Ⅱ-Ⅱ'在三种工况下均处于稳定状态,天然工况和降雨工况下的稳定性相差不大,目前场地内边坡的稳定性受降雨影响较小,场地内边坡不会发生失稳,对建设施工没有影响。
(2)通过极限平衡法的计算得到工程建设后添加楼层荷载的 15-15'和 17-17'剖面在天然和地震工况下均处于稳定状态,建设场地整体上处于稳定状态。
(3)FLAC3D软件得到的边坡水平位移云图、竖直位移云图和塑性区分布图显示:在天然和地震状态下,无论水平方向上还是竖直方向上都没有发生较大的位移变化,影响范围很小;结合塑性区云图可知边坡最危险滑面位于基坑边缘的缓坡位置,与 GeoStudio 软件中 Bishop 法搜索的最危险滑动面位置基本相同。强度折减法计算的边坡稳定性系数与极限平衡法算得的稳定系数基本一致可以确定坡体处于稳定的状态。
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参考文献(略)
 
(责任编辑:gufeng)
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