南方地区极端冰雪条件下的边坡渗流分析.pdf

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1、第41卷第21期人民长江Vo1．41．No．212010年11月YangtzeRiverNOV，2010文章编号：1001—4179(2010)21—0006—04南方地区极端冰雪条件下的边坡渗流分析郭志华，韩前龙，林学锋(长江勘测规划设计研究院枢纽设计处，湖北武汉430010)摘要：结合工程实例，在假定极端冰雪边界条件及边坡岩体渗透特性条件下，采用饱和一非饱和渗流分析方法，研究了我国南方极端冰雪融水对边坡渗流场的影响。结果显示：融雪入渗将显著抬高边坡浅表部的压力水头，特别是缓坡地带及坡脚处可能出现范围

2、较大的暂态饱和区。随着融雪水持续入渗，下部压力水头逐渐升高，自由面位置明显上升，但入渗结束后的一段时间内，坡体局部压力水头并无明显降低，且受上部入渗影响，压力水头甚至呈现继续升高的趋势。边坡深部渗流场受融雪入渗影响较小。关键词：边坡；渗流场；渗流分析；极端冰雪灾害中图法分类号：P642文献标志码：A2008年初，我国南方出现了较大范围的极端冰雪热力三场耦合的问题，并给出了简化数学模型¨“。天气，并呈现出冰雪强度大、范围广、历时长、危害大等苗天德以混合理论为基础，建立了考虑水分迁移条件特点。目前对“极端冰

3、雪”尚无统一明确的定义。张下的热传导方程，以及冻土中的固、液、汽三相耦合方永兴和王桂林认为极端冰雪指罕见的持续大范围低程¨。赖远明等人提出了考虑渗流场的耦合模型，同温、雨雪和冰冻的极端天气。极端冰雪条件下，岩时将该理论应用于我国西北寒区隧道、挡土墙等工程土体容易发生冰胀与融沉，冰雪融水入渗导致岩土体设计。在数值模拟方面，李东庆和魏春玲通过数值渗流场改变，从而可能改变岩土体应力场，最终可能引模拟研究了边坡渗流对多年冻土地区路基稳定性的影发次生地质灾害。响，朱志武等人采用数值模拟方法分析了多年冻土从现有文献

4、资料来看，国内对冻土(岩)渗透性的路基中渗流场、应力场的变化规律。毛雪松等人建研究多集中在青藏高原多年冻土(岩)地区和季节性立了多年冻土地区路基的水一热一力耦合模型，并通冻土(岩)地区，对我国南方短时冻土(岩)的研究很过数值模拟研究路基中的水分场以及应力场变化。少。E．J．Chamberlain等人系统地研究了粘土试样在汪仁和和李栋伟提出了地层正冻过程中水热耦合的一冻融前后的渗透性变化。K．A．Linell等人认为现般模型，并对其进行了数值模拟⋯。为探讨诱发地质场土体在远离水源时，可采用封闭环境模拟冻融

5、循环灾害的机理，本文以边坡工程为例，从渗流分析角度出对渗透性的影响。M．A．Othman等人研究了冻融对发，研究极端冰雪灾害条件下，积雪融水入渗时岩土体粘土水力传导系数的影响-63。R．Viklander等人研内渗流场的变化。究了冻融循环对土渗透系数的影响。LC．Wong1极端冰雪条件确定研究了冻融循环对闭合环境下岩土材料渗流性的影响。罗小刚等人通过试验研究粘性原状土经过一本文采用由S．Finsterwalder等人提出的度日模型次冻融循环后，其物理力学性质发生的变化¨。分析确定冰雪边界条件，主要基于冰

6、雪消融与气温R．D．Miller提出了将渗流场、温度场、应力场的水尤其是冰雪表面的正积温之间的线性关系而建立的，收稿日期：2010—09～11基金项目：国家“十一五”科技支撑计划项目(2008BAC47B02)作者简介：郭志华，男，高级工程师，主要从事水工基础处理、边坡稳定性、渗流方面的工作。E—mail：wuxueguo2002@yahoo第21期郭志华，等：南方地区极端冰雪条件下的边坡渗流分析7一般形式为：冰雪融水在岩土体中的入渗形式很多，包括坡顶M=R(一TB)(1)人渗、坡面入渗、沿裂隙人渗、裂

7、隙向岩土体渗流和重力条件下岩土体内渗流等，见图1。式中，为融雪量，mm／d；R为雪的度日因子(气温日融雪率)，mm／(℃·d)；T为气温，℃；T为基础温冰雪融水补给鼍度，℃。lllIlJlll{该模型涉及度日因子、气温及温度直减率及临界气温值3个因素，具体如下：(1)度日因子。定义为每日气温上升I~C所产生的融雪深度，反映了气温与融雪之间的关系。获取方法有两种：①使用雪枕、雪槽进行野外观测；②利用统计公式推算：R：1．1×(2)P式中，P为积雪的密度，g／cm。；P为的水密度，g／cm。(2)气温及温度

8、直减率。可根据地域特征，选择图1边坡冰雪融水入渗示慝多个气象测站作为基准站点，按温度直减率分别推断2．2冰雪融水入渗模型各自邻近的高程分带，及其平均高程处的气温值。冰雪融水入渗过程既包括饱和渗流又有非饱和渗气象观测表明：气温随高程变化而变化，通常呈线流。假定达西定律同样适合非饱和渗流情形，则饱性关系，即：和一非饱和渗流的基本微分方程可表达为：Tp=T一Tl(日一)(3)去+ki3k)]+S=It(h)+／3s]警式中，为网格中心气温，oC；