库水位变化和降雨作用下三门洞滑坡流固耦合分析
发布时间：2021-01-24 14:49
目前对三门洞滑坡的已有研究都重点关注稳定系数和变形特征,缺乏对孔隙水压力及应力演化特征的系统性研究。采用Abaqus建立滑坡的三维计算模型,推导库水位变化和降雨入渗的耦合边界条件,提出基于莫尔-库伦和最大拉应力准则相结合的复合准则,模拟滑坡在库水位变化和降雨共同作用下的变形演化过程。系统探讨了滑坡的孔隙水压力分布、位移场、应力场和塑性区分布特征,并综合数值模拟结果分析了库水位变化和降雨入渗条件下的边坡稳定性问题。结果表明:在强降雨和库水位缓慢下降综合作用下,三门洞滑坡在滑坡中后部和前缘分别出现局部的张拉和剪切破坏,滑体内渗流场发生较大变化,导致滑体内孔隙水压力、应力、位移和等效塑性应变整体增大,但并未出现塑性破坏区,边坡整体处于稳定状态。
【文章来源】：水利水电快报. 2020,41(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
计算网格模型1468表1物理力学参数取值1080m
5°，均宽300m。滑体长830m，面积24.9万m2，平均厚度22m，体积548万m3，主滑方向60°。图1三门洞滑坡全貌根据滑坡的工程地质勘察资料，分析了滑坡地质结构特征，建立了三维有限元计算网格模型，如图2所示。该模型沿青干河水流方向为1080m，垂直青干河水流方向为1468m，底面高程为-142m，计算区域包含滑体、滑带和基岩，对其划分网格后，共生成94090个六面体单元，105644个节点。在计算模型中考虑了滑坡体的3种典型土体：滑体、滑带和滑床（见图3），相应的物理参数如表1所示。3岩土体的屈服准则在库水位变化和降雨共同作用下，滑坡前缘和中部主要发生剪切破坏，后缘出现张拉裂隙，发生张拉破坏。岩土体发生剪切破坏的屈服准则常采用广义米赛斯准则（D-P准则）和莫尔－库仑准则（M-C准则）［14］。D-P准则在主应力空间上的屈服面为一圆锥面，在π平面上为圆形，不存在尖顶处的数值计算问题。M-C准则的屈服面为不规则的六角形截面的角椎体表面，在π平面上为不等角六边形，存在尖顶和菱角［15］。运用现有技术，已能较好处理尖顶，同时M-C准则在边坡工程中得到广泛应用。因此，本文选用M-C准则来判定岩土体是否发生剪切破坏。岩土体发生张拉破坏常采用的屈服准则为最大拉应力准则。复合准则在（σ1，σ3）平面上的描述如图4所示。图4中，A点到B点为M-C屈服准则fs=0，其中fs可以表示为：部位序号ABC弹性模量/MPa9.06.0650泊松比0.30.350.2黏聚力/MPa0.10.652.0内摩擦角/（°）252039.5
2）［17］条件下滑坡孔隙水压力分布、应力尝位移场和塑性区分布特征。其中，工况1为水库蓄水至175m水位；工况2为库水位从175.0m降至145.0m，并遇上50a一遇暴雨，荷载组合为自重和地表荷载。6.2结果分析（1）孔隙水压力计算结果及分析。水库蓄水至175m后，孔隙水压力如图10所示：滑坡前缘高程约140m处出现最大孔压，数值约为0.6MPa；滑坡后缘底部孔隙水压力主要受地下水位控制，最大孔压值为2.60MPa（见图10）。孔隙水压力/Pa(Avg：75%)+3.975e+06+3.644e+06+3.313e+06+2.981e+06+2.650e+06+2.319e+06+1.988e+06+1.656e+06+1.325e+06+9.938e+05+6.625e+05+3.313e+05+0.000e+00-2.826e+06图10工况1条件下孔隙水压力分布随着库水位由175m降至145m，地下水位也相应下降但存在滞后，这是由于滑坡前缘孔隙水压力差消散需要一段时间；滑坡后缘地下水基本不受库水位变化影响，这是由于滑坡后缘离库水位变化带图6三门洞滑坡累计位移-降雨量-水库水位-时间相关性图7三门洞滑坡GPS监测点累积位移-时间曲线图9不同月份50a一遇3d降雨强度分布图8三峡水库水位曲线徐兴倩等库水位变化和降雨作用下三门洞滑坡流固耦合分析··27
【参考文献】：
期刊论文
[1]三峡库区三门洞滑坡变形特征与影响因素分析[J]. 易庆林,覃世磊,文凯,周宝,曾怀恩. 三峡大学学报(自然科学版). 2018(05)
[2]基于降雨渗流场变化的三峡库区白水河滑坡变形机制与预测[J]. 尚敏,徐鑫,Dave Chan,张国栋,梁鸿熙. 中国地质灾害与防治学报. 2016(02)
[3]库水与降雨作用下三门洞滑坡渗流特征及稳定性分析[J]. 薛聪聪,卢书强. 武汉理工大学学报. 2015(05)
[4]降雨入渗条件下土质边坡的稳定性分析[J]. 徐全,谭晓慧,沈梦芬. 岩土工程学报. 2012(S1)
[5]降雨入渗对黄土边坡破坏面的形成及滑动机理研究[J]. 吴海艳,郭抗美,王超. 路基工程. 2011(05)
[6]地震和降雨作用下的边坡稳定性分析[J]. 齐云龙,周勇,黄栋. 科学技术与工程. 2010(26)
[7]库水位回落条件下土石坝边坡稳定分析[J]. 岳庆河,刘福胜. 水利水运工程学报. 2008(03)
[8]库水位变化对边坡稳定性影响的有限元模拟[J]. 刘金龙,王吉利,梁昌望,夏勇. 水力发电. 2007(10)
[9]降雨条件下边坡地下水渗流有限元分析[J]. 娄一青,郑东健,岑黛蓉. 水利与建筑工程学报. 2007(01)
[10]库水位上升诱发边坡失稳机理研究[J]. 刘才华,陈从新,冯夏庭. 岩土力学. 2005(05)
硕士论文
[1]三峡库区库水与降雨诱发滑坡机理及复活判据研究[D]. 秦洪斌.三峡大学 2011
[2]三峡库区晒盐坝滑坡在暴雨与库水位下降条件下稳定性影响分析[D]. 帅红岩.成都理工大学 2010
[3]水位涨落及降雨条件下库岸滑坡水岩作用机理及稳定性分析[D]. 莫伟伟.长江科学院 2007
本文编号：2997433
【文章来源】：水利水电快报. 2020,41(04)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
计算网格模型1468表1物理力学参数取值1080m
5°，均宽300m。滑体长830m，面积24.9万m2，平均厚度22m，体积548万m3，主滑方向60°。图1三门洞滑坡全貌根据滑坡的工程地质勘察资料，分析了滑坡地质结构特征，建立了三维有限元计算网格模型，如图2所示。该模型沿青干河水流方向为1080m，垂直青干河水流方向为1468m，底面高程为-142m，计算区域包含滑体、滑带和基岩，对其划分网格后，共生成94090个六面体单元，105644个节点。在计算模型中考虑了滑坡体的3种典型土体：滑体、滑带和滑床（见图3），相应的物理参数如表1所示。3岩土体的屈服准则在库水位变化和降雨共同作用下，滑坡前缘和中部主要发生剪切破坏，后缘出现张拉裂隙，发生张拉破坏。岩土体发生剪切破坏的屈服准则常采用广义米赛斯准则（D-P准则）和莫尔－库仑准则（M-C准则）［14］。D-P准则在主应力空间上的屈服面为一圆锥面，在π平面上为圆形，不存在尖顶处的数值计算问题。M-C准则的屈服面为不规则的六角形截面的角椎体表面，在π平面上为不等角六边形，存在尖顶和菱角［15］。运用现有技术，已能较好处理尖顶，同时M-C准则在边坡工程中得到广泛应用。因此，本文选用M-C准则来判定岩土体是否发生剪切破坏。岩土体发生张拉破坏常采用的屈服准则为最大拉应力准则。复合准则在（σ1，σ3）平面上的描述如图4所示。图4中，A点到B点为M-C屈服准则fs=0，其中fs可以表示为：部位序号ABC弹性模量/MPa9.06.0650泊松比0.30.350.2黏聚力/MPa0.10.652.0内摩擦角/（°）252039.5
2）［17］条件下滑坡孔隙水压力分布、应力尝位移场和塑性区分布特征。其中，工况1为水库蓄水至175m水位；工况2为库水位从175.0m降至145.0m，并遇上50a一遇暴雨，荷载组合为自重和地表荷载。6.2结果分析（1）孔隙水压力计算结果及分析。水库蓄水至175m后，孔隙水压力如图10所示：滑坡前缘高程约140m处出现最大孔压，数值约为0.6MPa；滑坡后缘底部孔隙水压力主要受地下水位控制，最大孔压值为2.60MPa（见图10）。孔隙水压力/Pa(Avg：75%)+3.975e+06+3.644e+06+3.313e+06+2.981e+06+2.650e+06+2.319e+06+1.988e+06+1.656e+06+1.325e+06+9.938e+05+6.625e+05+3.313e+05+0.000e+00-2.826e+06图10工况1条件下孔隙水压力分布随着库水位由175m降至145m，地下水位也相应下降但存在滞后，这是由于滑坡前缘孔隙水压力差消散需要一段时间；滑坡后缘地下水基本不受库水位变化影响，这是由于滑坡后缘离库水位变化带图6三门洞滑坡累计位移-降雨量-水库水位-时间相关性图7三门洞滑坡GPS监测点累积位移-时间曲线图9不同月份50a一遇3d降雨强度分布图8三峡水库水位曲线徐兴倩等库水位变化和降雨作用下三门洞滑坡流固耦合分析··27
【参考文献】：
期刊论文
[1]三峡库区三门洞滑坡变形特征与影响因素分析[J]. 易庆林,覃世磊,文凯,周宝,曾怀恩. 三峡大学学报(自然科学版). 2018(05)
[2]基于降雨渗流场变化的三峡库区白水河滑坡变形机制与预测[J]. 尚敏,徐鑫,Dave Chan,张国栋,梁鸿熙. 中国地质灾害与防治学报. 2016(02)
[3]库水与降雨作用下三门洞滑坡渗流特征及稳定性分析[J]. 薛聪聪,卢书强. 武汉理工大学学报. 2015(05)
[4]降雨入渗条件下土质边坡的稳定性分析[J]. 徐全,谭晓慧,沈梦芬. 岩土工程学报. 2012(S1)
[5]降雨入渗对黄土边坡破坏面的形成及滑动机理研究[J]. 吴海艳,郭抗美,王超. 路基工程. 2011(05)
[6]地震和降雨作用下的边坡稳定性分析[J]. 齐云龙,周勇,黄栋. 科学技术与工程. 2010(26)
[7]库水位回落条件下土石坝边坡稳定分析[J]. 岳庆河,刘福胜. 水利水运工程学报. 2008(03)
[8]库水位变化对边坡稳定性影响的有限元模拟[J]. 刘金龙,王吉利,梁昌望,夏勇. 水力发电. 2007(10)
[9]降雨条件下边坡地下水渗流有限元分析[J]. 娄一青,郑东健,岑黛蓉. 水利与建筑工程学报. 2007(01)
[10]库水位上升诱发边坡失稳机理研究[J]. 刘才华,陈从新,冯夏庭. 岩土力学. 2005(05)
硕士论文
[1]三峡库区库水与降雨诱发滑坡机理及复活判据研究[D]. 秦洪斌.三峡大学 2011
[2]三峡库区晒盐坝滑坡在暴雨与库水位下降条件下稳定性影响分析[D]. 帅红岩.成都理工大学 2010
[3]水位涨落及降雨条件下库岸滑坡水岩作用机理及稳定性分析[D]. 莫伟伟.长江科学院 2007
本文编号：2997433
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