人工堆山工程对周边环境影响数值模拟研究

  • 格式:pdf
  • 大小:534.68 KB
  • 文档页数:3

第40卷第20期 ・94・ 2 0 1 4年7月 

山 西 建 筑 

SHANXI ARCHITECTURE Vo1.40 No.20 

Ju1. 2014 

文章编号:1009—6825(2014)20—0094—03 人工堆山工程对周边环境影响数值模拟研究 

张亚为 (上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司,上海200092) 摘要:对软土地基上的拟建堆土工程进行了有限元计算,探讨了当堆土高度较高时引起周边土体的沉降和水平位移,并通过超 孔隙水压力消散时间分析堆土引起的沉降固结达到稳定所需的时间,得出了一些有参考价值的结论。 关键词:人工堆山,软土地基,沉降,位移 中图分类号:TU447 文献标识码:A 

0 引言 随着社会经济的快速发展,许多平原地区陆续规划、建造人 造山体_1 。如北京的景山、奥林匹克森林公园等,堆山不仅可以 改变周围景观,同时能有效利用大量弃土、垃圾等 。但国内外 对在软土地基上进行堆山的工程实例较少,缺乏工程经验,更没 有相关的勘察设计规范 。 本文以拟建某堆山工程为研究对象,采用ABAQUS有限元计 算软件对堆山工程进行水一土耦合计算 ” ,分析了堆山工程引 起原地面变形大小,为类似工程提供参考。 

1 工程概况 拟建工程位于上海崇明岛,其中需要堆填土体的土地面积约 88万m。,场地内堆山山体最高达22.8 m。拟建场地处于深厚软 土分布区,淤泥及淤泥质软土的叠加厚度一般在20 m一30 m,因 此堆山工程会引起原土层产生较大的沉降。本文对堆山高度为 22.8 m的山体进行了二维有限元计算,对引起地面变形及变形的 影响范围、沉降达到稳定的时间进行分析,从而得到大面积堆土 对环境的影响。拟建场地在75.45 m深度范围内的地基土属第 四纪全新世(Q )及上更新世(Q,)滨海~河isl相、浅海相、沼泽相 沉积层,主要由粘性土、粉性土及砂土组成。按其沉积年代、成因 类型及其物理力学性质的差异,可划分为8个主要土层,其中第 ①层,第②层,第⑤层,第⑧层及第⑨层可各划分为若干亚层或次 亚层。主要土层的物理性质指标见表1。 表1土层地质概况 密度 压缩模量 粘聚力 摩擦角 渗透系数 土层名称 kN/m3 E,o l 0.2/MPa kPa (。) m/d 

①l填土 l8 2.5O 10 20.0 0.0l ②l粉质粘土夹粘质粉土 l8.6 4.48 l8 22.O 0.014 ②3粉砂 18.5 10.84 O 33.5 O.38 ③淤泥质粉质粘土夹砂质粉土 l7.6 3.17 12 l9.5 O.003 ④淤泥质粘土 16。7 2.45 l3 12.0 0.000 22 ⑤I.1粘土 17.1 2.74 15 l3.O 0.O00 25 ⑤1.2粘土 17.5 3.41 17 l5.5 O.000 94 ⑤ 粉质粘土夹粘质粉土 18.3 5.63 l6 23.0 0.O97 ⑤3-2粉质粘土夹砂质粉土 l8.1 5.85 17 23.O 0.14 ⑦粉砂 18.1 n.3O O 32.O O.388 8 ⑧2。粘质粉土夹粉质粘土 l8.1 6.96 6 28.5 O.1 ⑧2砂质粉土夹粉质粘土 18.1 8.57 5 30.O O.2 ⑨l粉砂 18.5 l1.37 3 30.0 0.3 ⑨2细碰夹中砂 l8.8 l2.83 0 3O.O O.38 

2计算模型及计算工况 2.1 计算模型 收稿日期:2014-05—08 作者简介:张亚为(1984.),男,博士 

根据上述条件,建立有限元计算模型,模拟堆载后对周边环 境的影响,模型的水平方向( ,Y方向)由山体外侧边线分别向两 侧延伸150 m;竖直方向( 方向)的计算深度为80 m,进入⑨ 层。 建立的计算模型如图1所示。 

图1计算模型 模型采用实体单元,平面模型考虑模拟过程中孔压耦合,耦 合单元均选用CPE4RP,其余选取CPE4R。 2.2计算工况 三个剖面均采用土水耦合计算,对山体施工过程及施工后引 起原土层的变形进行深入分析,假设施工工期为1年,确定计算 分析的主要工况如下: 工况一:地应力平衡。 工况二:施工山体(1年)。 工况三:计算2年后的沉降。 工况四:计算5年后的沉降。 工况五:计算l0年后的沉降。 

3模型计算结果分析 通过计算,得到堆土施工完成、施工后2年、5年、10年的时 间点引起原土层的最大沉降及最大水平位移,如表2,图2所示。 计算结果显示堆土高度达22.8 m时,最终沉降达3 m左右, 但本次计算未考虑软土蠕变的影响,实际沉降应略大于计算沉 降,且固结基本完成时间较长。 图3为计算剖面超孔隙水压力示意图,山体施工完成时超孔 隙水压力达到最大,并随着固结时间的增长而消散,超孔隙水压 力在施工开始l0年后逐渐消散完成。计算结果显示,山体施工 完成时,固结度约加%,5年后,固结度达到80%。山体形成引起 土体竖向固结沉降对土体产生侧向挤压,引起土体侧向变形,堆 土高度为22.8 m时,侧向变形达76 cm左右,且影响范围较广。 图4a)所示为距离坡脚0 m,50 m,100 nl位置水平位移随深 度变化的关系曲线,结果显示距离山体越近水平位移越大,距离 山体100 m处堆土产生的水平位移较小,且距离坡脚较远位置 处,堆土引起的水平位移随着深度的增加逐渐减小,而在距离坡脚 较近位置处,随着深度的增加,水平位移先逐渐增大,深度为加m 左右达到最大,随后逐渐减小。 第40卷第20期 ・96・ 2 0 1 4年7月 山 西 建 筑 

SHANXI ARCHITECTURE Vo1.40 No.20 

Ju1. 2014 

文章编号:1009—6825(2014)20—0096-03 库水位升降对滑坡体稳定性影响分析 

王 荣 (中交通力建设股份有限公司,陕西西安710075) 摘要:结合三峡兴山县A滑坡的地理条件,对库水位涨落时A滑坡的稳定性进行了分析,利用极限平衡法研究了水位升降速度 对滑坡稳定性的影响,得出的结论对滑坡的治理工作具有指导作用。 关键词:水库,水位升降,渗流,稳定性 中图分类号:TU413.62 文献标识码:A 

0 引言 库水位上升和下降是诱发水库两侧坡体滑动的主要原因。 产生滑坡,大量的岩土体滑入水库,影响水库正常运营,降低水库 利用率,更严重的危害水库附近的居民生命财产安全。90%的水 库边坡失稳与水位的涨落(地下水活动)有关。国内外类似滑坡 事故很多,如1961年3月6日18时4O分,湖南省水力发电工程 局柘溪水力发电站水库发生大滑坡,造成特别重大伤亡事故。 2010年7月初襄樊市谷城县万玉堂小二型水库大坝出现滑坡险 情,滑坡体积达20万m ,出现险情蓄水11万m 。意大利瓦依昂 水库库岸滑坡是世界上著名的损失最惨重的滑坡事件,1963年 10月,水库左侧坡体下滑,造成多人丧生。因此,研究水库水位涨 落时滑坡稳定性具有重要的工程实际意义。 1 滑坡概况 A滑坡位于湖北省兴山县、长江支流香溪河东岸,地理坐标 为东经111。44 10”,北纬31。l4 20”,行政区划为湖北省兴山县高 阳镇响滩村一组。有沥青水泥路与外界相通,距新县城古夫镇约 13 km,交通较为便利。 该滑坡为大型古滑坡,是响滩滑坡群中规模相对较大的一个 牵引式滑坡,曾经产生过次级滑动,目前处于潜在不稳定状态,随 着三峡水库蓄水至175 m水位,滑坡前缘将被淹没,并伴随库水 位变动,滑坡随时可能失稳滑动。 滑坡地处构造剥蚀低山区,滑坡后缘为较宽缓的缓坡平台, 后临陡崖,后缘高程312 m,滑坡前缘接香溪河谷,高程158 m,滑 坡北西边界处为一近北东向的“V”冲沟,切割较深,南西边界为斜 坡地形,靠后缘坡陡呈坎状。 滑坡南东区地形低凹,是比较典型的滑坡地貌,为古滑坡次 级滑体滑动形成,平面形态呈圈椅状,纵向上有多级宽窄不一的 平台,形成阶梯状地形,后缘陡壁较明显,前缘微鼓起,形成前缘 陡坎,坎高近15 m;滑坡北西区中上缘为凸起的垄状地形,后缘较 平缓,中下缘为较陡的斜坡,坡度一般大于35。。 2库水位涨落时A滑坡稳定性分析 本文就A滑坡,在考虑水库水位不同升降速度的情况下,模 拟滑坡体内暂态渗流场,用所得的各时刻的浸润线与极限平衡法 相结合的方法计算滑坡稳定性,分析库水位升降对滑坡稳定性的 影响,从而得出滑坡稳定性随库水位涨落时的变化规律。 2.1 稳定性评价方法(考虑水压力的极限平衡法) 由于滑坡体后缘地下水位埋藏很深,距离坡脚处很远,几乎 不受坡脚处库水位变化的影响,因此渗流分析就采用三角形及四 边形单元循环网格法的有限元分析模型,在库水位上升和下降 时,模拟A滑坡体内的渗流场,得到浸润线的坐标,用得到的浸润 线来确定周围的静水压力或渗透力,参与极限平衡计算。在使用 含有水压力的极限平衡法计算稳定性之前,把滑坡体在AutoCAD 中进行竖直分条,然后把CAD文件导人到Geo—slope有限元软件 中,模拟渗流场。 2.2参数的选取 A滑坡体的物质组成为碎块石土和粘性土。残坡积的粘性 土仅在坡表附近零星出露,所以主要成分为碎石土。滑体土及滑 带土主要是通过钻孔及探井取样进行室内常规试验及剪切试验, 现场试验主要是在探槽中对滑体土进行大重度试验,由于土中含 不规则的碎块石较多,导致实际取样体积略有变化,采用等体积 水量法就可测得试件体积。 根据岩土物理力学统计结果,滑体重度室内试验偏小,主要 原因是室内试验试样小,所含大块碎石被剔除。大重度试验位置 为滑体内,结果比较符合实际。根据试验结果,并参考三峡库区 

一些滑坡的物理力学指标,综合确定A滑坡的计算参数,见表1。 表1 A滑坡岩土体物理力学参数 重度/kN・m一 弹性模量 内聚力c 内摩擦角 饱和渗透系 岩性 泊松比 天然 饱和 MPa kPa /(。) 数/m・d一1 

滑带 l8.6 l9.6 30 0.4 lO.2 14.6 O.0ol l 滑体 21.2 22.4 35 0.4 l2.5 l2.8 5.184 滑床 25.2 25.8 l 5o0 0,3 80 29.8 0.00l 

Numerical simulation on the surrond exvironmental effect by man-made heap hill project ZHANG Ya-wei (Lin Tung-yen&Li Guo—hao Consultants Lid.Shanghai,Shanghai 200092,China) Abstract:The finite element numerical study is conducted to simulate the man.made heap hill on the soft soil foundation.The surround ground settlement and horizontal displacement,when the height of the hill is high,is analyzed.The dissipation time of excess pore・water pressure caused by man.made heap hill i8 predicted.Obtained some valuable conclusions. Key words:man—made heap hill,soft soil ̄undation,settlement,displacement