庫岸邊坡地下水位動態(tài)與穩(wěn)定性研究

但是由于人類工程活動改變岸坡的地質(zhì)環(huán)境而導(dǎo)致的岸坡失穩(wěn)的事件屢見不鮮。究其原因，主要是我們對庫水作用下的岸坡穩(wěn)定性評價及治理設(shè)計的認(rèn)識還不夠全面深入，不能很好地解決水與岸坡相互作用的復(fù)雜問題。以往的研究由于條件的局限性往往在理論和研究方法上很難有所突破，在工程的適用性以及地下水位對岸坡穩(wěn)定性的影響方面研究不夠深入。本文針對岸坡地下水位的變化與岸坡穩(wěn)布西尼斯克(Boussinesq)方程，建立了庫水位穩(wěn)定和變化時的數(shù)學(xué)模型，從而求得出了便于工程應(yīng)用的簡化公式。最后對地下水位線計算公式中的幾個參數(shù)進(jìn)行了確定，而且對計算公式進(jìn)行了推廣，解決了岸坡地下水位不確定性問題。為研究地下水位與岸坡穩(wěn)定性的關(guān)系、庫岸的力學(xué)分析和數(shù)2、系統(tǒng)地總結(jié)了影響岸坡穩(wěn)定性的因素，并結(jié)合具體工程實(shí)例，利用Excel辦公自動化軟件和Autocad制圖軟件強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能和制圖功能，在剖面圖中自動生成地下水位線，然后利用理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件，得出不同情況下的穩(wěn)定系數(shù)，最后繪制了影響地下水位變化的各因素與家思路，選擇影響庫岸邊坡穩(wěn)定性的主要評價指標(biāo)，采用層次分析法確定權(quán)值向然后利用拉格朗日差分法（FLAC）對工程實(shí)例在蓄水后的應(yīng)力場分布和變形破壞的發(fā)展演化進(jìn)行預(yù)測，對岸坡穩(wěn)定前景做出合理評價。最后結(jié)合極限平衡法和工程地質(zhì)綜合分析法的分析結(jié)果，對岸坡的穩(wěn)定性作出綜合評價，避免了研究成果erprojects.Sofgeologicalenvironmentresultedbypeople’sengineeringacomplexityofinteractionbetweenwaterandembankments.Lotsofstudiedoneduringpastyears.However,thetheoriesandmethodsofresearchhaveseldombeenprogressed,asthisorthatkindofconditionconfines.Thestunderthechangeofgropaper:mathematicalmodeldescribinggroundwaterlevelunderst2.InfluencingfactorsofembankmentsstabilityfLizhengslopeanalysissoftwarassessmentindexwasselectedbasedoncompProcess)wasusedtodeterMethodwasappliedtopractice.DevelopmentevolutionofwaspredictedusingFastLagrangianAnalysisofContinua.Eassessedusinggeneralizedlimit-equilibriumcomprehensiveanalysismethod,avoidinglimitationofresearchapplication.influencecurve；stabilityanalysis；compreh 2 2 4 7 9 20 20 21 21 22 25 26 27 27 30 31 31 36 36 37 44 49 49 52 53 54 54 54 的良好壩址區(qū)；此外，該區(qū)降水充沛、水利資源豐富，適于修建水電站以發(fā)展電力工業(yè)。然而，禍福相依的現(xiàn)象也十分突出，由于庫區(qū)段谷深、坡陡，滑坡、崩國道等。隨著電站建設(shè)、水庫蓄水以及蓄水后的水庫運(yùn)行，庫岸邊坡的水文地質(zhì)條件將大大改變，部分巖土體含水量由不飽和轉(zhuǎn)為飽和，這將導(dǎo)致巖土體的物理和化學(xué)特性發(fā)生變化，抗剪強(qiáng)度大幅度下降，進(jìn)而導(dǎo)致岸坡穩(wěn)定性降低，這勢必將影響兩岸坡上的鐵路、公路等的正常運(yùn)營。因此，隨著水電站的修建和庫區(qū)的地質(zhì)問題。而要正確客觀地評價岸坡穩(wěn)定性，準(zhǔn)確確定在庫水作用下地下水位的影響研究科研項目時發(fā)現(xiàn)兩個問題：一是僅僅用單一學(xué)科、單一的評價方法來進(jìn)行岸坡穩(wěn)定性分析將會導(dǎo)致研究成果的局限性；二是水庫蓄水會使整個岸坡區(qū)域的每一個地段打孔，觀測其水位及變化。在計算岸坡穩(wěn)定性時水位線的確定沒有統(tǒng)一的計算方法，更沒有簡化的、方便的可供工程應(yīng)用的計算公式，大多數(shù)勘察單位在地下水位線的確定上往往根據(jù)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，人為給定一條水位線來進(jìn)行計算，這就很容易造成穩(wěn)定性評價的不準(zhǔn)確及治理工程針對上述實(shí)際工程問題，筆者根據(jù)地下水動力學(xué)理論，全面考慮了庫水位的變化速度、給水度、含水層厚度、庫水位變化高度以及滲透系數(shù)等因素，推導(dǎo)了庫水位升降時地下水位線如何確定的理論和簡化計算公式，以及穩(wěn)定地下水位線的通用公式。另外還以xxxx水電站xx火車站岸坡為例，分析了影響地下水位線的因素與岸坡穩(wěn)定性的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，又利用工程地質(zhì)綜合分析法、多級模人類有史以來就廣泛利用地下水，但對地下水運(yùn)動規(guī)律的認(rèn)識卻經(jīng)歷了漫長的探索過程。縱觀國內(nèi)外在地下水運(yùn)動理論研究的發(fā)展軌跡，筆者按時間順序從1856年法國工程師HenryDarcy結(jié)合法國Dijon城市的噴泉，通過長期試驗(yàn)得出水流通過均質(zhì)砂的滲流規(guī)律，即著名的Darcy定律，該定律是對地下水運(yùn)動規(guī)律定量化認(rèn)識的開始，時至今日它仍是研究地下水運(yùn)動的基礎(chǔ)理論。J.Dupuit(1986)則根據(jù)Darcy定律研究了地下水一維穩(wěn)定流動和向水井的二維穩(wěn)奠定了地下水穩(wěn)定滲流理論的基礎(chǔ)。穩(wěn)定滲流理論不包括時間變量，只能用以描述一定條件下地下水所能達(dá)到的一種暫時的、相對的平衡狀態(tài)，而不能反映不斷發(fā)展變化的地下水實(shí)際運(yùn)動狀態(tài)。這一階段的主要標(biāo)志是以列賓遜、麥斯蓋特等學(xué)者利用一般的有關(guān)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的概念建立了以研究水井滲流問題為特征的古非穩(wěn)定流公式，將熱傳導(dǎo)方程式的求解技術(shù)應(yīng)用到研究地下水運(yùn)動規(guī)律的領(lǐng)域，斯特里熱夫（1946）首次定性地闡述了液體在可壓縮地層中滲流理論的物理基礎(chǔ)，并描述了地應(yīng)力作用下地下水流動的基本特征，以及巖土介質(zhì)孔隙度和滲透率降低、巖土骨架局部不可逆變形的基本性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，前蘇聯(lián)學(xué)者逐步H.M.蓋爾謝瓦諾夫和帕里申（1948B.A福勞林（1953）在研究巖土介質(zhì)固結(jié)理論的過程中，將其滲透率視為土體孔隙度的函數(shù)，且孔隙度本身隨著外加荷載作用而變化。A.H.哈萬斯基（1953）則認(rèn)為巖土介質(zhì)的孔隙度是壓力的等勢函969,1972,1975)等進(jìn)行了不同條件下地下水非穩(wěn)定滲流運(yùn)動的理論研究，并各自推出各種條件下地下水非穩(wěn)定滲流運(yùn)動的解析公式，這些基于求解非穩(wěn)定流的解析法不僅推廣了Theis公式，而且建立了地下水越流理論和潛水含水層的非穩(wěn)定總之，這一階段的主要特點(diǎn)是出現(xiàn)了各種嚴(yán)格定量的水動力學(xué)方法，從宏觀研究入手，用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)方法對均質(zhì)液體的各種滲流問題進(jìn)行了大量的理論研像法和Boltzmann變換等各種解析方法得到廣泛的應(yīng)用。若從數(shù)學(xué)角度看，可歸結(jié)為研究各種各樣熱傳導(dǎo)或位勢理論中的二維邊界問題，且大多具有唯形性和圖從二十世紀(jì)五十年代至六十年代前期以電網(wǎng)絡(luò)模擬為代表的模擬技術(shù)逐漸成為研究地下水滲流問題的主要手段，六十年代后期以計算機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)值模擬技數(shù)值解法早期多采用有限差分法，1965年，Zienkiewicz將有限元法引入地這一階段的主要特征是力求在定量的滲流規(guī)律中直接反映均質(zhì)與非均質(zhì)，各向同性與各向異性多孔介質(zhì)復(fù)雜滲流過程的本質(zhì)，或至少也應(yīng)盡可能近似地反映長期以來，邊坡穩(wěn)定性分析與評價始終是邊坡工程中的一個重要研究內(nèi)容，由經(jīng)驗(yàn)到理論、由定性到定量、由單一評價到綜合評價、由傳統(tǒng)理論方法到新理論、新技術(shù)的發(fā)展過程。各種邊坡穩(wěn)定性分析與評價方法應(yīng)運(yùn)而生。通常大致可定性分析方法又稱為工程地質(zhì)類比法或地質(zhì)比擬法。主要是通過工程地質(zhì)勘察，對影響邊坡穩(wěn)定性的主要因素、可能的變形破壞形式及失穩(wěn)的力學(xué)機(jī)制的分析，對已變形地質(zhì)體的成因及其演化歷史進(jìn)行分析，從而給出被評價邊坡的穩(wěn)定其優(yōu)點(diǎn)是能綜合考慮影響邊坡穩(wěn)定性的因素，注重對邊坡自然屬性的認(rèn)識，迅速地對邊坡穩(wěn)定性及其發(fā)展趨勢作出估計和預(yù)測。缺點(diǎn)是不能考慮其內(nèi)在的應(yīng)力與強(qiáng)度、變形與變形能力之間的矛盾，類比條件因地、因時而異，經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)，無數(shù)量界限。由于不同部門具有其各自的不同特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中有諸多不便。要進(jìn)行必要的力學(xué)分析，給出定量的評價。力學(xué)分析以地質(zhì)分析法為前提，在對邊坡穩(wěn)定性機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，通過數(shù)學(xué)力學(xué)分析提出的。力學(xué)分析驗(yàn)算法認(rèn)為坡體穩(wěn)定性的喪失，是由于土體內(nèi)部發(fā)生剪切作用并形成了貫通的滑裂面，使土體沿此面滑動而破壞。這是由于外荷載和自重應(yīng)力在滑動面或潛在滑動面上產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過了土體的抗剪強(qiáng)度。因此，研究潛在滑面上的應(yīng)力條件是土體穩(wěn)定目前廣泛使用的定量分析模型分兩大類，一是基于極限平衡理論的極限平衡(K.E.Pettersion)和胡爾頓(Hultin)提出了最初瑞典圓弧法以后，開創(chuàng)了極限平衡法分析邊坡穩(wěn)定的先河，此后瑞典學(xué)者費(fèi)蘭紐斯(W.Fellenius)將最初的瑞典圓弧法推廣到兼有摩擦力和粘結(jié)力的土體穩(wěn)定計算中去，并初步探索了最危險滑弧位置的變化規(guī)律，即現(xiàn)仍使用的瑞典圓弧法(最簡單的條分法)。20世紀(jì)30-40年代，很多學(xué)者對瑞典圓弧法的基本假定作些修改和補(bǔ)充，提出新的計算方法，斯賓塞(Spencer)法、沙爾瑪（Sarma）法等。目前Sarma法是極限平衡方法的最極限平衡分析方法是將有滑動趨勢范圍內(nèi)的邊坡巖土體按某種規(guī)則劃分為一個個小塊體，通過塊體的平衡條件建立整個邊坡平衡方程，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行邊坡分析。由于該方法具有模型簡單、計算公式簡捷、可以解決各種復(fù)雜剖面形狀、但這一理論的不足主要在于：一是忽略了影響因素的非線性和不確定性。我們在用極限平衡法分析邊坡穩(wěn)定性的時候，都是在確定模式和輸入?yún)?shù)下，搜索臨界滑動面可以達(dá)到滿意的效果，通常把土簡化成各向同性體。然而，由于邊坡的地質(zhì)環(huán)境、物質(zhì)構(gòu)成和巖土結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，邊坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)往往具有不確定性，常表現(xiàn)在具有不確定性的變量；二是容易陷入局部最優(yōu)解。邊坡形成后，因經(jīng)受多種施工和環(huán)境因素的影響，其工程性質(zhì)無論在時間還是空間上都具有變異性，加上影響邊坡穩(wěn)定性因素的非線性作用，導(dǎo)致邊坡的穩(wěn)定性分析及臨界滑動面的搜索就演變成為一個復(fù)雜的非線性規(guī)劃問題。對于這種具有多極值點(diǎn)的復(fù)雜規(guī)劃問題，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，因易限于局部最優(yōu)解，難于搜索到真正的最隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，很多數(shù)值計算方法都用到邊坡穩(wěn)定性分析中。自從1966年美國的Clough和Woodward應(yīng)用有限元法分析土坡穩(wěn)定性問題以來，數(shù)值計算方法在巖土工程中的應(yīng)用發(fā)展迅速，并取得了巨大進(jìn)展。邊坡穩(wěn)定數(shù)值計算方法(簡稱DEM法)、快速拉格朗日法(簡稱FLAC法)、塊體介質(zhì)不連續(xù)變形分析法(簡數(shù)值分析方法考慮了邊坡巖土體的非均勻性和不連續(xù)性，可以給出巖土體的應(yīng)力、應(yīng)變大小及其分布情況，避免了極限平衡分析法中將滑動體視為剛體而過應(yīng)力集中等問題的求解還不理想，不能直接給出可能的滑動面的準(zhǔn)確位置及其所對應(yīng)的安全系數(shù)。而且數(shù)值分析軟件需要計算參數(shù)及信息多，計算工作量大，對鑒于以上各種定量分析方法的優(yōu)缺點(diǎn)，數(shù)值分析法通常僅在一些較為重要的邊坡工程中進(jìn)行應(yīng)用，對常見的邊坡工程來講，從實(shí)用性考慮，工程中最常用的邊坡穩(wěn)定性分析是一種數(shù)據(jù)有限的問題，并且存在著強(qiáng)烈的不確定性。這就使得以確定性為指導(dǎo)思想的傳統(tǒng)的邊坡穩(wěn)定性分析方法，在工程實(shí)際應(yīng)用中沒有取得令人信服的結(jié)果。例如，對三峽工程永久船閘巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性評價，三個不同單位的數(shù)值分析計算獲得三種截然不同的或相距甚遠(yuǎn)的結(jié)果。導(dǎo)致以有限單在許多工程實(shí)例中的穩(wěn)定性系數(shù)計算值大于1的滑坡，仍會出現(xiàn)失穩(wěn)破壞；而穩(wěn)心和美國亞利桑那大學(xué)等開始把概率統(tǒng)計理論應(yīng)用到邊坡穩(wěn)定性的分析中。如模糊數(shù)學(xué)理論、灰色系統(tǒng)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、分形理論等，應(yīng)用于解釋邊坡近年來，該方法在巖土工程中的研究與應(yīng)用發(fā)展很快，為邊坡穩(wěn)定性評價指明了一個新的方向。但該方法的缺點(diǎn)是：計算前所需的大量統(tǒng)計資料難以獲取，各因素的概率模型及其數(shù)學(xué)特征等的合理選取問題還沒有得到很好的解決。另外水庫庫岸邊坡破壞與一般山地滑坡相比，有其特殊的一面。其特殊性在于它的活動與水庫庫水位的變化、庫水波浪的沖刷及庫水的浸泡有很大的關(guān)系。洪枯水位的劇變或水庫回水造成的異常水位變幅，將導(dǎo)致岸坡內(nèi)地下水靜、動水壓力發(fā)生巨大的變化，從而影響庫岸邊坡的穩(wěn)定性；庫水波浪的沖刷將使巖質(zhì)岸坡強(qiáng)風(fēng)化帶和土質(zhì)岸坡產(chǎn)生侵蝕－剝蝕型再造；庫水的浸泡將使巖土體的物理和化學(xué)性能發(fā)生變化，并大幅度消弱其抗剪強(qiáng)度，對庫岸邊坡穩(wěn)定性的重要性的認(rèn)識是隨著工程實(shí)踐逐步提高的。二十世紀(jì)六多人死亡，整個水庫變成一座石庫。這一駭人聽聞的災(zāi)難，向全世界的水庫建設(shè)水庫岸坡的穩(wěn)定性評價是一項十分復(fù)雜的研究課題，二十世紀(jì)九十年代還沒十多個國家和地區(qū)在分析和治理庫岸斜坡方面有豐富經(jīng)驗(yàn)的著名學(xué)者與專家對庫岸邊坡穩(wěn)定性問題作了專門研究。委員會對世界范圍內(nèi)的庫岸邊坡穩(wěn)定問題進(jìn)行了調(diào)查，編寫了用于水庫滑坡災(zāi)害鑒別和評價的指南，這為我們對庫岸邊坡穩(wěn)定首先，要想對庫岸邊坡的穩(wěn)定性作出準(zhǔn)確的評價，為庫岸邊坡的治理提出科學(xué)的依據(jù)，確定地下水位的動態(tài)是尤為重要的。然而，目前我們的大多數(shù)研究主要是利用數(shù)值分析方法進(jìn)行滲流場的模擬，這種方法雖然可以模擬出較準(zhǔn)確的地下水位變化情況，但分析軟件需要計算參數(shù)及信息多，計算工作量大，對使用人員的技術(shù)水平要求高，不利于普通的技術(shù)人員使用。鑒于此，筆者利用地下水動力學(xué)中穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流的理論求解出庫水位穩(wěn)定和庫水位升降時的岸坡地下水其次，結(jié)合工程實(shí)例，利用理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件、Autocad制圖軟件和最后，由于岸坡工程是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)地質(zhì)工程問題，認(rèn)識及把握極其復(fù)雜的地質(zhì)因素和相關(guān)的工程因素不但需要有一個過程，也需要有正確的分析方法。這就決定了岸坡穩(wěn)定性評價不能僅僅用單一學(xué)科、單一的評價方法來進(jìn)行。偏重于工程地質(zhì)條件的定性評價或偏重于純力學(xué)特征的定量計算，都會導(dǎo)致研究成果的局限性。僅僅用定性的分析方法往往只能得出大致的穩(wěn)定狀態(tài)和可能的發(fā)展趨勢。沒有數(shù)據(jù)作為依據(jù)，總是顯得不太有說服力；而僅用定量的分析方法，由于在邊界的確定和參數(shù)的選取都不能保證完全與實(shí)際一致，特別對于地質(zhì)條件復(fù)雜、土質(zhì)分布不均勻的巖土邊坡，搜索到的可能是局部最優(yōu)解，從而得到的結(jié)果與實(shí)際不符[10]。鑒于此，筆者采用工程地質(zhì)綜合分析法、多級模糊綜合評判、極限平衡法以及數(shù)值模擬等集成式評價方法，對岸本部分首先利用Boussinesq非穩(wěn)定滲流和穩(wěn)定滲流基本微分方程，使用拉普拉斯積分變換和逆變換求解出了庫水位升降和穩(wěn)定時的地下水位線計算公式，然后利用Excel辦公自動化軟件中多項式擬合功能，得出了便于工程應(yīng)用的簡化公式。最后還對地下水位線計算公式中的幾個參數(shù)進(jìn)行了確定。為影響岸坡穩(wěn)定性例，分析了影響地下水位變化的因素對岸坡穩(wěn)定性的影響，并繪制了它們之間的結(jié)合專家思路，確定了岸坡穩(wěn)定性評價的指標(biāo)體系，建立了針對岸坡穩(wěn)定性的分岸坡進(jìn)行了綜合分析；然后利用拉格朗日差分法（FLAC）對該岸坡在正常蓄水位條件下的應(yīng)力場分布和變形破壞的發(fā)展演化進(jìn)行預(yù)測，對岸坡穩(wěn)定前景做出合理評價。最后結(jié)合極限平衡法和工程地質(zhì)綜合分析法的分析結(jié)果，對岸坡的穩(wěn)定性↓! ↓↓圖1.1.1論文研究的技術(shù)路線框圖眾所周知，地下水對岸坡的穩(wěn)定性起著重要作用。近年來，國家投入大量的資金發(fā)展水電工程，但是由于庫區(qū)兩岸的地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害較多，在庫水位變化時，導(dǎo)致的邊坡失穩(wěn)的事件屢見不鮮，例如江西省七一水庫、湖北省獅子巖土石壩壩坡失穩(wěn)等，給人民的生命財產(chǎn)安全造成了巨大的威脅和隱患。究其原因，主要是我們對庫水作用下的岸坡穩(wěn)定性評價及治理設(shè)計的認(rèn)識還不夠全面深入，這一直是水利工程工作者所關(guān)注的問題。雖然近年來，邊坡穩(wěn)定性評價方面的發(fā)展很快，但大多數(shù)是集中在計算方法和計算精度方面。水庫蓄水會使整個斜坡區(qū)域地下水水位抬高,但具體抬高多少,不僅與斜坡區(qū)域的水文地質(zhì)條件有關(guān),原因，勘察單位也不可能在每個研究區(qū)段都打鉆孔來準(zhǔn)確確定地下水位及觀測未來地下水位的變化。目前計算坡體穩(wěn)定性時水位線的確定沒有統(tǒng)一的計算方法，更沒有簡化的、方便的可供工程應(yīng)用的計算公式，大多數(shù)都是憑經(jīng)驗(yàn)人為給定一條水位線進(jìn)行計算，這樣就很容易造成治理工程的不合理[1,2]。針對這一實(shí)際工程問題，為了對岸坡穩(wěn)定性評價提供充分的理論依據(jù)，以下將研究確定庫水位升降時岸坡地下水位線的理論和簡化計算公式；另外還推導(dǎo)出了穩(wěn)定地下水位線的通用計算公式；同時還將對庫水位變化時，岸坡地下水位線計算公式中的幾個參數(shù)潛水非穩(wěn)定流的布西尼斯克(Boussin這個方程所表示的是具有單位水平面積的潛水含水層鉛直微元柱體中水的質(zhì)量守恒關(guān)系。其中表示的是沿x方向凈流入微元柱體的單寬流量； 表示的是沿y方向凈流入微元柱體的單寬流量；W表示從z方向凈流入微元柱體的單寬流量；表示從x,y,z三個方向凈流入微元柱體的總流量所引起的潛水水位隨時間的變化率表示與潛水水位變化率相應(yīng)的微元柱體內(nèi)稱為壓力傳導(dǎo)系數(shù)。u(0,t)=h(0,t)-h(0,0)=h(0,0)+v0t-h(0,0)=v0t;u(x,0)=h(x,0)-h(0,0)=h(0,0)-h(0,0)=0;zu(∞,t)=h(∞,t)-h(0,0)=h(0,0)-h(xoxo圖2.1.1庫水位升高時地下水位線計算簡圖zu(x,t)u(0,t)=h(0,0)-h(0,t)=h(0,0)+v0t-h(0,u(x,t)h(0,0)h(x,t)u(∞,t)=h(0,0)-h(∞,t)=h(0,0)-h(h(0,0)h(x,t)圖圖2.1.2庫水位降落時地下水位線計算簡圖可以看出，上面兩個數(shù)學(xué)模型完全相同，不同的是u(x,t)的定義不同，所以對這兩個問題可以采用同一方法求解。用拉普拉斯積分變換和逆變換方法來求解其中u是u的拉氏變換e-ptdtL[u(0,t)]=u(0,p),L[u(∞,t)]=u(∞,p),pL(0)=0 u(∞,p)=0 (2-11)(2-12)(2-13)Y2-=0;pp x-xu(x,p)=c1eα+c2eα p因而u(x,p)=e-·iαx（2-15）pL1|v0eαx|=v.4ti2erfc|(L1|v0eαx|=v.4ti2erfc|(p2,|0(2·iαt,其中i2erfce-x2dxdh(x,t)升＝u(x,t)+h(0,0)=v0t.M(λ)＋h(0,0)K為滲透系數(shù)（m/d）;10.80.60.40.20λ00.511.522.53表2.1.1M(λ)數(shù)值表[11]M(λ)M(λ)M(λ)M(λ)010.2150.60.570.2290.02930.0050.9890.220.5920.580.2220.02720.010.9870.2250.5870.590.2150.02520.0150.9670.230.5780.60.2090.02330.020.9560.2350.5710.610.2030.02150.0250.9460.240.5630.620.1970.01990.030.9340.250.5490.630.1910.01840.0350.9230.2550.5420.640.1850.0170.040.9130.260.5350.650.180.01560.0450.9020.2650.5280.660.1740.01440.050.8920.270.5220.670.1690.01330.0550.8820.2750.5160.680.1640.01220.060.8720.280.5090.690.1590.01130.0650.8620.2850.5030.70.1540.01040.070.8520.290.4960.710.1490.00950.0750.8420.30.4830.720.1250.00870.080.8320.310.470.730.140.00800.0850.8220.320.4580.740.1360.00730.090.8130.330.4460.750.1320.00670.0950.8030.340.4350.760.1280.00620.10.7930.350.4230.770.1230.00570.110.7750.360.4120.780.120.00520.1150.7660.370.4010.790.1160.00470.120.7570.380.3910.80.1120.00430.1250.7470.390.380.820.1050.00390.130.7390.40.370.840.09820.00360.1350.730.4120.360.860.09190.00330.140.7210.420.350.880.0860.0030.1450.7120.430.3410.90.08030.00270.150.7040.440.3310.920.0750.00250.1550.6950.450.3220.940.070.00230.160.6870.460.3130.960.06540.00210.1650.6790.470.3050.980.06090.00170.170.670.480.2960.05680.00140.1750.6610.490.2880.05290.00110.180.6540.50.280.04920.00090.1850.6460.510.2720.045820.00070.190.6380.520.2640.04262.10.00050.1950.630.530.2560.03962.20.00030.20.6220.540.2490.03672.30.00020.2050.6150.550.2420.03412.40.00010.210.6070.560.2350.03162.50然后，再利用Excel辦公自動化軟件，將畫好的散點(diǎn)圖添加多項式趨勢線，項式代替M(λ)是非常精確的，這時輸出的擬合多項式方程就是所需要的結(jié)果。l-1.0062λ3+2.1287λ2-2.2846λ+1.0018(0≤λ<2.5)0(λ≥2.5)h(x,t)升=lh(0,0)h(x,t)降=lh(0,0)lh(0,0)h(x,t)降=lh(0,0){[h(0,0)-v0t(-0.0229λ5+0.2398λ4-1.0062λ3+2(0≤λ<2.5)(0≤λ<2.5)水位相等，其實(shí)這只是為了使得問題簡化，實(shí)際工程中潛水位并不是水平的，而是一條上升的拋物線型。為了對岸坡的穩(wěn)定性評價更加準(zhǔn)確，以下將推導(dǎo)庫岸的zhhxx圖2.2.1庫水位穩(wěn)定時地下水位線計算簡圖潛水非穩(wěn)定流的布西尼斯克(Boussin[u+h(0)]2=c1x+c2（2-25）h2=c1x+h（2-26）為了求出另一個變量，還得采用其它方法求得。在對某一工程進(jìn)行勘察時，雖然勘察單位不可能在所有庫岸的每個地段都打鉆孔，但在一些典型段落總有鉆孔資料，這樣我們就可以利用已有的一些資料來求解出方程（2-26）中的未知量在庫水位變化時地下水位線的簡化計算公式（2-202-21）中，存在未知給水度μ是指地下水位下降一個單位深度，從地下水位延伸到地表面的單位水平面積巖土柱體，在重力作用下釋放的水的體積。即在重力作用下，巖土釋放水的體積占巖土體積的百分比[12]。它的數(shù)值可以通過實(shí)驗(yàn)室測得，但試驗(yàn)比較復(fù)雜，一般工程都沒有該試驗(yàn)資料。我們可以利用文獻(xiàn)（13）根據(jù)國內(nèi)外砂礫土和粘性土的試驗(yàn)資料，分析求得給水度的經(jīng)驗(yàn)公式μ=1.137n(0.)0.607(6+lgk)進(jìn)行由于在前面為了將二階微分方程轉(zhuǎn)化為一階微分方程進(jìn)行求解，曾假設(shè)含水層的厚度近似為常量，采用時段始、末潛水流厚度的平均值代替，但這一假設(shè)有局限性，它只適用與庫水位變化較小的情況，而在庫水位變化較大的情況下，計（1）對隔水層為水平的情況：hm=h+z；zRxzxhzbR 圖2.3.1隔水底板水平圖2.3.2隔水底板不規(guī)則hzbR 在以上推導(dǎo)庫水位變化時的地下水位線計算公式時，為了使研究問題簡單，假設(shè)隔水底板水平，但實(shí)際工程中隔水底板嚴(yán)格水平的很少，大多數(shù)隔水底板都庫水位變化時，此時h（0,0）就不是一個定值，它是一個隨著x的不同而變化的這個值只要所研究庫岸邊坡的剖面確定，它也是一個定值，它的變化不會影響庫水位變化時地下水非穩(wěn)定流的數(shù)學(xué)模型，也就是說地下水位變幅不變，所以在隔水底板整體坡度較小時以上庫水位變化時的地下水位各類邊坡工程實(shí)踐表明，影響邊坡穩(wěn)定性的因素很多也十分復(fù)雜。對于不同工程其影響因素以及影響因子的敏感性都大為不同，但是總的來說影響因素可以分為地質(zhì)因素和非地質(zhì)因素兩類[14]。對于岸坡，地質(zhì)因素主要包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)等。而非地質(zhì)因素主要包括大氣降雨、庫水升降、地下水、地這些影響因素是綜合作用的，絕非單因素影響的結(jié)果。然而在上述兩大類因素中，地質(zhì)因素是庫岸變形的內(nèi)在因素，而非地質(zhì)因素是庫岸變形的誘導(dǎo)或觸發(fā)條件，屬于外因。因此在岸坡穩(wěn)定性評價中，要主要分析內(nèi)在的地質(zhì)因素，同時以下我們將根據(jù)岸坡工程的特點(diǎn)來分別定性地分析地質(zhì)因素以及地下水、庫水及降雨等非地質(zhì)因素對岸坡穩(wěn)定性的影響。另外還將以xx火車站岸坡為例，定性、定量地分析庫水位變化時影響地下水位有著不同的變形破壞形式。各種不同成因的巖土，其礦物成份、顆粒大小、膠結(jié)生成時代較老的地層，具有硬結(jié)成巖過程長，膠結(jié)，力學(xué)強(qiáng)度較高的特點(diǎn)。而較新的地層，像第三系、第四系地層硬結(jié)成巖時間短，一般膠結(jié)較差或沒火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖三種不同成因類型的巖石，其工程特征截然不同。火成巖類，除少數(shù)凝灰?guī)r、集塊巖外，一般巖性單一，致密堅硬，物理力學(xué)指標(biāo)高，岸坡穩(wěn)定性較好；沉積巖類，除塊狀和少數(shù)厚層狀巖體外，大多數(shù)具有較發(fā)育的層理面，巖性存在明顯的各向異性，特別是內(nèi)陸湖相沉積的石膏、芒硝、巖鹽等易溶、質(zhì)軟巖礦，物理力學(xué)性能差。就沉積巖比火成巖的物理力學(xué)指標(biāo)低，岸坡穩(wěn)定條件不如火成巖好；變質(zhì)巖類，種類繁多，常見的主要有片絹云母片巖和千枚巖等物理力學(xué)指標(biāo)較低，岸坡穩(wěn)定性較差外，大多數(shù)變質(zhì)巖的巖石的礦物成分對岸坡穩(wěn)定性的影響，主要表現(xiàn)在不同礦物構(gòu)成的巖石，其物理性質(zhì)和力學(xué)強(qiáng)度有著顯著的差異。含長石、云母、綠泥石及親水性較強(qiáng)的蒙脫石類粘土礦物較多的泥質(zhì)巖石，極易風(fēng)化，而且浸水后易膨脹、崩解、穩(wěn)定性很差。具有硅質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)的巖石往往強(qiáng)度較高，地質(zhì)構(gòu)造因素，主要指岸坡地段的褶皺形態(tài)，巖石產(chǎn)狀，斷層和節(jié)理裂隙的發(fā)育程度以及新構(gòu)造運(yùn)動特點(diǎn)等。這些因素對岸坡穩(wěn)定性的影響十分顯著，通常在區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜、褶皺強(qiáng)烈、斷層眾多、巖體裂隙發(fā)育、新構(gòu)造運(yùn)動比較活躍的地區(qū)，往往巖體破碎、溝谷深切，較大規(guī)模的崩塌、滑坡隨處可見。而區(qū)域構(gòu)造簡單，褶皺輕微，斷層較少的地區(qū)，往往巖體完整，巖層產(chǎn)狀平緩，岸坡穩(wěn)定性巖土體結(jié)構(gòu)是影響岸坡穩(wěn)定性的重要因素，通?？梢苑譃閴K狀結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)、破碎網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和散體結(jié)構(gòu)四種。不同結(jié)構(gòu)的巖體，物理力學(xué)性質(zhì)差別較大，岸坡變形破壞形式也不同。但具有相同結(jié)構(gòu)的巖體，穩(wěn)定性主要取決于巖體中的巖體中的結(jié)構(gòu)面包括層理面、假整合面、不整合面、斷層面、節(jié)理裂隙面、充填物質(zhì)、膠結(jié)程度及其組合關(guān)系；分析各類結(jié)構(gòu)面對岸坡穩(wěn)定性的影響程度，據(jù)已有統(tǒng)計由于水的作用引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害占90％以上。這里的水主要包括有地下水、庫水和降水，其中地下水也主要是由降雨和庫水補(bǔ)給。在我國南方，尤其在長江中上游地區(qū)發(fā)生的大量大型滑坡，都與降雨特別是暴雨密切相關(guān)。在我國的嚴(yán)寒地區(qū)，發(fā)生的滑坡大多與凍融作用密切相關(guān)。在庫區(qū)發(fā)生的岸坡失穩(wěn)與地下水的賦存和運(yùn)移是對岸坡穩(wěn)定產(chǎn)生影響的主要自然因素之一。據(jù)統(tǒng)計90%以上的土質(zhì)邊坡破壞與地下水作用有關(guān)，30-40％的水壩失事就是由地下水滲流破壞引起。我國大多數(shù)滑坡災(zāi)害都是由降雨下滲引起，地下水狀態(tài)變化為直接誘而且非常活躍,地下水交替循環(huán)作用強(qiáng)烈，極易引地下水在一系列工程地質(zhì)問題的發(fā)生過程中起至關(guān)重要的作用，這是一個不發(fā)的。對岸坡來說，庫水升降是岸坡失穩(wěn)的主要因素。一方面，地下水位升高，降低了巖土體的有效應(yīng)力；另一方面，地下水的長期浸泡，降低巖土體的力學(xué)強(qiáng)導(dǎo)致岸坡變形甚至滑移。但是，目前工程界對岸坡地下水作用的認(rèn)識還大多停留在定性的水平上。定量分析的結(jié)果只能作為仍以經(jīng)驗(yàn)為主的工程分析決策的參考地下水主要按兩大類進(jìn)行分類:一類是按地下水的埋藏條件分類;另一類是按地下水埋藏條件是指含水層在地質(zhì)剖面中所處的部位及受隔水層限制的情當(dāng)包氣帶存在局部隔水層時,在局部隔水層上積聚著具有自由水面的重力水,這部分水稱為上層滯水。上層滯水分布最接近地表，接受大氣降雨的補(bǔ)給，以蒸發(fā)形式消耗或者向隔水層邊緣排泄。當(dāng)分布范圍較小而補(bǔ)給不經(jīng)常時，不能終年保持有水。由于其水量一般不大，因而動態(tài)變化顯著，只能在缺水地區(qū)才能成為飽水帶中第一個具有自由表面的含水層中的水稱為潛水。潛水沒有隔水頂板或只有局部的隔水頂板。潛水的水面是自由水面，稱作潛水面。從潛水面到隔水底板的距離為潛水含水層厚度。潛水面到地面的距離為潛水埋藏深度。由于潛水含水層上面不存在隔水層，直接與包氣帶相連，所以潛水在其全部分布范圍內(nèi)都可以通過包氣帶接受大氣降水、地表水、凝結(jié)水的補(bǔ)給。潛水面不承壓，其水體運(yùn)動主要是在重力作用下由水位高的地方向水位低的地方徑流。一般情況下，潛水面不是水平的，而是向排泄區(qū)傾斜的曲面，起充滿于兩個隔水層之間的含水層中的水叫承壓水。承壓水含水層上部的隔水層稱為隔水頂板或叫限制層。下部的隔水層叫隔水底板。頂?shù)装逯g的距離稱為含水層厚度。承壓水具有承壓性這是承壓水的一個重要特征。含水層充滿水，水承壓水受到隔水層的限制，與地表水圈、大氣圈的聯(lián)系較弱，主要通過含水層出露地表的補(bǔ)給區(qū)獲得補(bǔ)給。當(dāng)承壓含水層接受補(bǔ)給時，水量增加，靜水壓力賦存于松散沉積物顆粒之間的水，并成為該沉孔隙水?？紫端植己軓V泛，但以沉積盆地與平原中松散沉積物中的孔隙水資源充填于堅硬基巖中各種成因裂隙中的水，稱為裂隙水。裂隙水按其賦存的裂成巖裂隙是巖石在成巖過程中受內(nèi)部應(yīng)力作用而產(chǎn)生的原生裂隙。賦存于這種原生裂隙中的水稱為成巖裂隙水。沉積巖和深成巖漿巖的成巖裂隙通常是閉合的，含水意義不大。陸地噴發(fā)的玄武巖成巖裂隙，其含水意義較大。此類裂隙大構(gòu)造裂隙是巖石在構(gòu)造變動中受力產(chǎn)生的裂隙。賦存于這類裂隙中的水稱為構(gòu)造裂隙水。由于巖石性質(zhì)的不均一性，構(gòu)造應(yīng)力的多次性和不均一性（大小、水的分布規(guī)律相當(dāng)復(fù)雜。構(gòu)造裂隙水可以是水對可溶性巖石進(jìn)行化學(xué)溶解，并伴隨以沖蝕作用及重力崩塌，在地下形成大小不等的空洞，在地表造成各種獨(dú)特的地貌現(xiàn)象以及特殊的水文現(xiàn)象。這些作巖溶水不斷改變著自己的賦存與運(yùn)動環(huán)境，通過差異溶蝕作用，可使可溶巖巖溶水在一定程度上帶有地表水的特點(diǎn)，即空間分布極不均一，時間上變化據(jù)文獻(xiàn)（16）可知：三峽庫區(qū)與滑坡有關(guān)的地下水類型有：河谷潛水、坡崩積層潛水、坡積殘積潛水、基巖裂隙潛水、巖溶潛水等。這幾種地下水在各自不同的形成條件下，差異甚大，但都以大氣降水就地補(bǔ)給為主，水量不大，水動態(tài)坡崩積層含水層分布面廣，在通常情況下流路通暢，一般對滑坡發(fā)育影響不大。但當(dāng)滑坡啟動后，含水層通道破壞，流路堵塞，由此產(chǎn)生巨大的動水壓力和靜水盡管地形坡度很緩，但只要人工開挖后，在雨季則極易引起滑坡?；鶐r風(fēng)化帶裂隙多發(fā)生在砂泥巖互層組成的中生代紅層巖層內(nèi)。當(dāng)摩擦角大于地形坡角時，易產(chǎn)生與地下水流動方向一致的基巖順層滑坡。河谷砂卵石層潛水多出現(xiàn)在現(xiàn)代河床與岸坡的交界處，組成岸坡各類地下水統(tǒng)一的排泄區(qū)。地下水交替循環(huán)作用強(qiáng)在庫區(qū)，岸坡地下水位隨庫水位的漲落而變化。蓄水時庫水位上漲補(bǔ)給岸坡地下水，地下水位隨之上升；庫水位降落時，岸坡地下水補(bǔ)給河地下水，地下水位隨之下降，兩者之間有一段滯后的時間。岸坡地下水與庫水位保持密切的地下水力聯(lián)系，地下水徑流強(qiáng)度與庫水位漲落的幅度有關(guān)，幅度越大，徑流強(qiáng)度亦越大。當(dāng)斜坡巖土體滲透性很差時，且在庫水位達(dá)到一定水位的一定時間后庫水位驟降，斜坡巖土體地下水隨之向庫內(nèi)排泄，由于斜坡巖土體滲透性差而導(dǎo)致坡腳處動靜水壓力迅速增長，容易引起斜坡失穩(wěn)；當(dāng)斜坡巖土體滲透性很強(qiáng)，且在庫水位驟升時，庫水迅速滲入坡體內(nèi)，并在斜坡坡腳處迅速形成很高的揚(yáng)壓力，以水電工程建成蓄水后，庫水將淹沒部分岸坡，由于庫水對岸坡產(chǎn)生的浸泡軟化作用、流水作用、浪蝕作用、浮力減重和動水壓力作用等，岸坡的穩(wěn)定性將有庫水對巖體的浸泡軟化作用主要表現(xiàn)在對巖體結(jié)構(gòu)面中充填物的物理性狀的改變上，土體和巖體結(jié)構(gòu)面中充填物隨含水量的變化，發(fā)生由固態(tài)向塑態(tài)直至液態(tài)的弱化效應(yīng)，一般在斷層帶易發(fā)生泥化現(xiàn)象。軟化和泥化作用使巖土體的力學(xué)性能降低，內(nèi)聚力和摩擦角值減小[20]。庫水的浸泡軟化作用將加速坡體形狀的改流水作用，受庫水長期浸泡的坡體，在水位下降時，會產(chǎn)生流水沖刷，由此浪蝕作用，是指庫水在大風(fēng)的作用下對庫岸的巖土體產(chǎn)生沖刷作用。這將導(dǎo)浮力減重和動水壓力作用是導(dǎo)致規(guī)模較大岸坡失穩(wěn)的主要作用之一。庫水位較大幅度的下降，坡體中地下水水力坡度會增大。在較大的滲透作用下，會造成坡體中細(xì)顆粒的沖移，從而引起岸坡地表變形或誘發(fā)滑坡產(chǎn)生。這類現(xiàn)象，在河流洪水過后，在堆積層岸坡處時有發(fā)生。至于砂、泥巖互層組成的基巖邊坡，當(dāng)坡體中前部已出現(xiàn)明顯開裂變形或巖體結(jié)構(gòu)破碎時，庫水的動水壓力效應(yīng)不能忽視，它會使坡體的漸進(jìn)性破壞向深處發(fā)展，從而導(dǎo)致降雨，特別是暴雨或綿雨是庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的主要誘發(fā)因素之一。據(jù)統(tǒng)計，從降雨誘發(fā)岸坡失穩(wěn)主要有四種作用方式：其一是對邊坡巖土體，降雨起加載作用、飽和巖土體、增大容重和產(chǎn)生動靜水壓力；其二是降雨侵蝕坡腳，破壞坡體，改變邊坡結(jié)構(gòu)；其三是雨水滲入，弱化巖土體，粘土礦物的水化作用導(dǎo)致粘聚力降低，甚至消失，降雨改變邊坡力學(xué)性能；其四是滑動體的漸進(jìn)性破壞和滲透力的作用，盡管其力學(xué)作用非常復(fù)雜，但從滑坡誘發(fā)機(jī)制上可以概括表現(xiàn)為促降雨誘發(fā)滑坡，是通過促進(jìn)滑移面剪應(yīng)力增大，促使滑坡體（帶）抗剪強(qiáng)度降低來實(shí)現(xiàn)的，對于承壓水型這一水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型的滑坡，由于暴雨可以在滑坡體內(nèi)產(chǎn)生很大的承壓水壓力，在此情況下，滑坡體受的承壓水壓力對誘發(fā)滑坡的發(fā)生起了直接重要的作用，其次才是滑坡體（帶）因軟化泥化抗剪強(qiáng)度降低的效應(yīng)，對于潛水型和層間水型這兩類水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)類型的滑坡，由于不能在滑坡體中產(chǎn)生巨大的承壓水壓力，只能依靠地下水對滑坡體（帶）長期的軟化泥化而使抗剪強(qiáng)度極度地降低，結(jié)合地下水壓力的共同作用來由3.2節(jié)的分析，可以看出：地下水、庫水及降雨對岸坡的穩(wěn)定性影響都很大；但具體有多大，目前我們還沒有很好的辦法將其準(zhǔn)確定量化；它們都有一個共同點(diǎn)就是水的變化引起岸坡地下水位的變化。地下水位可以用地下水位線來描準(zhǔn)確確定出以上幾個參數(shù)，庫水位變化時的地下水位線就可以準(zhǔn)確求出，從而也就可以繪制出各因素對岸坡穩(wěn)定性影響的曲線。以下筆者將以xx火車站岸坡為例庫水位變化時各因素對岸坡穩(wěn)定性的影響作定性分析；最后將分庫水位升高和庫開發(fā)規(guī)劃中的第六個梯級電站,它屬II等大(2)型水電站,庫容1.9特別是在覆蓋層較厚的地段更加突出。鑒于此，筆者選擇了xxxx水電站庫區(qū)xx局部零星夾有塊石，塊、碎石多呈棱狀、片狀，整體結(jié)構(gòu)松散,局部具架空現(xiàn)象,由于基巖相對于覆蓋層的透水性很小，所以可以把基巖建立在剛體極限平衡原理基礎(chǔ)上的邊坡穩(wěn)定分析方法包括以下三條基本原則：[22－24]面上滑體處處達(dá)到極限平衡，即正應(yīng)力和剪應(yīng)力本次研究采用了北京理正軟件設(shè)計研究院開發(fā)的“理正邊坡穩(wěn)定分析系統(tǒng)”法。各種方法簡述如下[22-24]：是圓弧2）考慮土條兩側(cè)的作用力與土條底部滑面切線方向平行3）建立的是土條底面法向靜力平衡方程4）滿足整個滑動土體對圓心的力矩平衡條件。i—土的抗剪指標(biāo)。RRDDPUPUPWTPWTN\Nll圖3.3.1瑞典條分法穩(wěn)定性計算示意圖該方法的假設(shè)條件如下：(1)滑裂面是圓弧2）考慮土條兩側(cè)的作用力為水平力3）建立的是土條垂直方向的靜力平衡方程4）滿足整個滑動土體對圓Σ[Cibi+(Wi-Ui)tgφi]1ΣWisinθi+Dicos(αiΣWisinθi+Dicos(αi-θi)Ri地下水位線DUDUTWNEETWNEllWi—條塊重力（KN）,地下水位線以上圖3.3.2簡化Bishop法穩(wěn)定性計算示意圖i—土的抗剪指標(biāo)。該方法的假設(shè)條件如下：(1)滑裂面為任意形狀2）考慮土條兩側(cè)的作用力為側(cè)向推力和剪力3）建立的是土條垂直方向和水平方向的靜力平衡方程和力矩平衡方程4）滿足整個滑動土體的力矩平衡和力的平衡條件。計算示意圖見ΔHi=Hi+1-Hi-b--b-UD地下水位線HPUD地下水位線HPhhWhPWhPTlNi—條塊的重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)半TlN圖3.3.3Janbu圖3.3.3Janbu法穩(wěn)定性計算示意圖i—土的抗剪指標(biāo)；II圖3.3.4xx火車站岸坡工程平面圖+坡積物絹云母千枚巖水位產(chǎn)狀剖面方向圖3.3.5xx火車站岸坡工程剖面圖巖土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的取值依據(jù)巖土室內(nèi)試驗(yàn)、現(xiàn)場測試、綜合反算法三方面的成果資料綜合考慮。依據(jù)初步設(shè)計階段的試驗(yàn)資料，并結(jié)合其它相關(guān)工程表3.3.1xx火車站岸坡基本物理力學(xué)參數(shù)值巖土體名抗剪強(qiáng)度KN/m3內(nèi)聚力C(kPa)天然飽水天然飽水天然飽水坡積物20.3825.58弱風(fēng)化千枚巖27.1527.2446由勘察單位在xx火車站的第一個鉆孔資料可以知道：庫水位高程為200.6m時,h0=14m,x=135m時,地下水埋深的高程為222.13m，將這些數(shù)地下水位線方程為h2=7.9x+ho2，利用這個方程可以求出庫水位為200.6m時的岸的地下水位線進(jìn)行推測,在這利用賓介曼修改過的卡明斯基近似公式進(jìn)行計算,計z算式為:yx=zhhms -lzxhhms -lzx圖3.3.6推測地下水位線計算簡圖表3.3.2極限平衡法計算結(jié)果瑞典條分法簡化Bishop法Janbu法天然狀態(tài)1.2981.3001.301正常蓄水位1.1211.2321.240通過以上研究可以知道，要想求出庫水位變化時的岸坡地下水位線，關(guān)鍵是水層厚度hm和庫水位變化高度ht。由于庫水位變化高度ht不僅對λ的值有影響,還對u(x,t)的值有影響,所以很難對庫水位變化高度ht對岸坡穩(wěn)定性的影響作出定性的描述。以下我們將定性分析庫水位變化時其它幾個因素對岸坡穩(wěn)定性的影表3.3.3庫水位變化時各因素對岸坡穩(wěn)定性的定性描述序號庫水位升高庫水位降落1當(dāng)λ增大，m(λ)減少，岸坡自由水面升高速度慢當(dāng)λ增大，m(λ)減少，岸坡自由水面下降速度慢2當(dāng)λ減少，m(λ)增大，岸坡自由水面升高速度快當(dāng)λ減少，m(λ)增大，岸坡自由水面下降速度快3當(dāng)λ=0，m(λ)＝1，岸坡地下水位與庫水位同步當(dāng)λ=0，m(λ)＝1，岸坡地下水位與庫水位同步4當(dāng)λ≥2.5，m(λ)＝0，岸坡地下水位不隨庫水位變化當(dāng)λ≥2.5，m(λ)＝0，岸坡地下水位不隨庫水位變化5當(dāng)λ越小時，岸坡自由水面升高速度越快，對岸坡越不利當(dāng)λ越小時，岸坡自由水面下降速度越快，對岸坡越有利6當(dāng)λ越大時，岸坡自由水面升高速度越慢，對岸坡越有利當(dāng)λ越大時，岸坡自由水面下降速度越慢，對岸坡越不利7所以對岸坡有利的因素為：增大給水度μ;增大庫水位變化速度V；減小滲透系數(shù)K；減小含水層厚度hm。所以對岸坡有利的因素為：減小給水度μ;減小庫水位變化速度V；增大滲透系數(shù)K；增大含水層厚度hm。以下筆者將利用理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件,以xx火車站岸坡為例，首先定量此時假設(shè)庫水位變化高度是一個定值，即ht＝16.4m,在研究某一因素對岸坡穩(wěn)定性的影響時，其它因素都假設(shè)是一個定值。計算參數(shù)為：K=0.01m/d,μ圖3.3.8庫水位升高時各因素對穩(wěn)定性的影響曲線由以上的影響曲線可以看出：①庫水位升降時同一影響因素曲線的形態(tài)基本相同，不同的是它們在不同的工況下函數(shù)的單調(diào)性相反；②由曲線中岸坡穩(wěn)定系數(shù)變化的數(shù)值可以看出庫水位降低比庫水位升高對岸坡的穩(wěn)定性影響更大；③庫水位變化速度V對岸坡的穩(wěn)定性影響最大，影響最小的是含水層厚度hm，滲透系大，在大于0.02m/d范圍內(nèi)變化時，穩(wěn)定系數(shù)變化很小，在0.005m/d～0.02m/d之間變化較?。缓畬雍穸萮m在30m以內(nèi)變化時因素對岸坡穩(wěn)定系數(shù)的影響曲線與上述確定的各因素對岸坡穩(wěn)定性影響的定性分在這個研究過程中計算方案分四種情況1）庫水位以V=0.5m/d速度上升；（2）庫水位以V=0.5m/d速度下降3）庫水位以V=1m/d速度上升4）庫水位以V=1m/d速度下降。計算參數(shù)為：hm=13m,k=5m/d，μ=0.086。庫水位與岸坡穩(wěn)1.31.25一—V=0.5m/d uv=1.0m/d1.11.0510.950.9201203205207209211213215217215213211209207205203201庫水位（m)圖3.3.9庫水位與岸坡穩(wěn)定系數(shù)的關(guān)系由庫水位與岸坡穩(wěn)定系數(shù)的關(guān)系圖可以看出1）在蓄水過程中岸坡的穩(wěn)定性雖然會有曲折變化，但岸坡的穩(wěn)定性隨著庫水位的上升總體呈下降趨勢；在蓄水過程的前期，岸坡的穩(wěn)定系數(shù)隨著庫水位的上升而下降，蓄水到某一高度后，性雖然也會有曲折的變化，但岸坡的穩(wěn)定性隨庫水位的下降總體上呈大幅度的下降趨勢；在庫水位下降過程中，岸坡的穩(wěn)定系數(shù)隨著庫水位的下降而下降，某一不同的蓄水速度對岸坡的穩(wěn)定性影響不同，同一庫水位時，蓄水速度快的岸坡穩(wěn)定系數(shù)要比蓄水速度慢的要高，這也驗(yàn)證了蓄水速度越快對岸坡穩(wěn)定性越有利的降過程中同一庫水位的穩(wěn)定性差，這同樣驗(yàn)證了庫水驟降對岸坡穩(wěn)定性越不利的由于邊坡工程是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程問題，認(rèn)識及把握極其復(fù)雜的地質(zhì)因素的影響是十分困難的,即使對相關(guān)的工程因素影響的認(rèn)識也需要有一個過程，還需要有正確的分析方法。這就決定了邊坡穩(wěn)定性評價既不能用靜止的觀點(diǎn)來分評價或偏重于純力學(xué)特征的定量計算，都會導(dǎo)致研究成果的局限性。僅僅用定性總是顯得不太有說服力；而僅用定量的分析方法，由于在邊界的確定和參數(shù)的選搜索到的可能是局部最優(yōu)解，從而得到的結(jié)果與實(shí)際不符[10]。鑒于此，以下筆者并結(jié)合工程地質(zhì)綜合分析法和極限平衡法的分析結(jié)果對岸坡進(jìn)行綜合評價，從而岸坡的穩(wěn)定性問題實(shí)質(zhì)還是庫水影響下的邊坡穩(wěn)定性問題。雖然關(guān)于邊坡穩(wěn)定性的研究歷史很悠久，近二三十年來取得了較大進(jìn)展[26]。但巖土體邊坡是一種自然地質(zhì)體，其工程性質(zhì)因時間、空間而異，十分復(fù)雜。這種變異性與復(fù)雜性容大量的力學(xué)試驗(yàn)與工程實(shí)踐表明，邊坡性質(zhì)及穩(wěn)定性的界線實(shí)際上不是很清楚，具有相當(dāng)?shù)哪：訹27]。定量的分析只能限于較簡單的情況。本文通過分析岸坡中庫岸邊坡穩(wěn)定性的定量評價應(yīng)從研究岸坡的變形破壞機(jī)制入手，在避免指標(biāo)間因素相互重合的前提下，綜合考慮岸坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征、地形地貌特征、氣象水文地質(zhì)特征以及其它因素特征，選取對岸坡變形破壞影響較大的因素作為評價指標(biāo)。根據(jù)前人研究成果和庫岸邊坡的實(shí)際特點(diǎn)，經(jīng)綜合分析，結(jié)合專家思路，選擇4個地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征因素（巖土類型、岸坡結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度和結(jié)構(gòu)面坡個氣象水文地質(zhì)特征（多年平均降雨量，巖土滲透系數(shù)和地下水埋深）和4個其它特征因素（植被覆蓋率、巖土風(fēng)化程度、人為作用程度和地震烈度）作為岸坡本文采用層次分析法確定權(quán)值向量并運(yùn)用二級模糊評判的方法進(jìn)行岸坡穩(wěn)定評價因素及指標(biāo)確定 建立層次結(jié)構(gòu)模型確立評判等級構(gòu)造判斷矩陣確定評價準(zhǔn)則層次排序及一致性檢驗(yàn)確定因素隸屬值確定權(quán)值向量形成模糊矩陣 模糊綜合評判圖4.1.1模糊綜合評判技術(shù)路線圖和地下水埋深）和4個其它特征因素（植被覆蓋率、巖土風(fēng)化程度、人為作用程的，但是兩兩因素之間的相對重要性可以通過比較來確定。為此利用層次分析法于系統(tǒng)論中的系統(tǒng)層次性原理建立起來的，它遵循認(rèn)識事物的規(guī)律，有意識地將復(fù)雜問題分解成若干有序的、條理化的層次，在比原問題簡單的層次上逐步分析比較，把人的主觀判斷用數(shù)量的形式表達(dá)和處理，是一種較新的定性和定量分析多目標(biāo)的復(fù)雜系統(tǒng)和難以完全用定量的方法來分析與決策的復(fù)雜系統(tǒng)工程問題，它可以將人們的主觀判斷用數(shù)量形式加以表達(dá)和處理，使主觀判斷盡可能與客觀進(jìn)行層次分析法的關(guān)鍵是建立層次結(jié)構(gòu)分析模型，因?yàn)橹挥性诟闱宄藛栴}的背景和條件、要達(dá)到的目的、涉及的因素和要解決問題的途徑與方案等以后，才能正確確定判斷矩陣，然后進(jìn)行計算，最后得到滿意的結(jié)果。層次分析結(jié)構(gòu)模UU UUU UU vvvvvv研究內(nèi)容（U）為準(zhǔn)則層；最下一層影響因素（V）為判斷矩陣表示針對上一層某因素，本層次各因素的相對重要性比較。其方法設(shè)某層有n個因素Xx1,x2,x3,…xn｝,要比較它們對上一層某因素的影響，確定它們在上一層某因素中的比重。每次取兩個因素xi和yi進(jìn)行比較，用aij表示它們對上一層某因素的影響程度之比，全部表4.1.1標(biāo)度方法表標(biāo)度涵義1兩個因素相比，具有相同的重要性3兩個因素相比，一個因素比另一個因素稍微重要5兩個因素相比，一個因素比另一個因素明顯重要7兩個因素相比，一個因素比另一個因素強(qiáng)烈重要9兩個因素相比，一個因素比另一個因素極端重要倒數(shù)因素xi與xj因素相比得aij，則xj比xi判斷為aji=1/aij2,4,6,8表示上述相鄰判斷的中值有了這些標(biāo)度后，我們對每一層次中各因素相對重要性給出判斷，就可以用這些標(biāo)度值表示出來寫成判斷矩陣。經(jīng)過多次各準(zhǔn)則層U下指標(biāo)V之間的相對重要性比較，構(gòu)成表4.1.2的相對重要性比表4.1.2各準(zhǔn)則U下指標(biāo)相對重要性比較表V/VV1iV1jV11V12V13V14V1115/45/61V124/514/64/5V136/56/416/5V1415/45/61V/VVVV21V22V23V2115/75/8V227/517/8V238/58/71V/VVVV31V32V33V3118/58/7V325/815/7V337/87/51V/VVVV41V42V43V44V41114/74/5V42114/74/5V437/47/417/5V445/45/45/71Ui/UjUiUjU1U2U3U4U117/67/47/3U26/716/46/3U34/74/614/3U43/73/63/41可得同一層次中相應(yīng)元素對于上一層次中的某個因素相對重要性的排序權(quán)值，此求解判斷矩陣A的最大特征根λmax及其對應(yīng)的特征向量W問題AW=λmaxW，為了度量不同判斷矩陣是否具有滿意的一致性，還需引入判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，對于1～14階判斷矩陣，RI值分別為：123456789000.580.90當(dāng)階數(shù)大于2時，判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI與同階平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI之比稱為隨機(jī)一致性比率，記為CR，CR=CI/RI。只有當(dāng)CR〈0.1時，矩陣具有滿意的一致性，單排序才認(rèn)為合理，否則需要調(diào)整判斷矩陣的取值。上計算同一層次所有因素對于總目標(biāo)相對重要性的排序權(quán)值的過程稱為層次總w、w、…、w，表4.1.3V層總排序權(quán)值表層次U層次V2m,V11V12V1xVmzmw2mwx1wwx2wwxmwn1wwn2wwnm層次總排序也要進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)也是從高層到低層進(jìn)行的。設(shè)V層中整個過程均由計算機(jī)完成，總排序的可信度檢驗(yàn)與層次單排序按照上述算法，經(jīng)過反復(fù)試算，最終的層次排序權(quán)值見表4.1.4所示:表4.1.4層次排序權(quán)值表評價指標(biāo)權(quán)重值（R1）權(quán)重值(R2)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征（U1）巖土類型(V11)0.250.35岸坡結(jié)構(gòu)(V12)0.20結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度(V13)0.30結(jié)構(gòu)面傾向與坡向的關(guān)系(V14)0.25地形地貌特征（U2）坡面形態(tài)（V21）0.250.30岸坡高度（V22）0.35岸坡坡度（V23）0.40氣象水文地質(zhì)特征（U3）平均降雨量（V31）0.400.20滲透系數(shù)（V32）0.25地下水位埋深（V33）0.35其他因素特征（U4）植被覆蓋率（V41）0.200.15巖土風(fēng)化程度（V42）0.20人為作用程度（V43）0.35地震烈度（V44）0.25岸坡穩(wěn)定性的總體評價是一項很復(fù)雜很模糊的工作，它涉及的因素很多，各因素之間又相互制約相互牽連，同時它們對穩(wěn)定性分級標(biāo)準(zhǔn)也是外延不清晰的模糊概念，這類問題用經(jīng)典的數(shù)學(xué)模型難以定量描述，模糊數(shù)學(xué)理論則是解決此類模糊問題的有效手段。為使岸坡穩(wěn)定性系統(tǒng)中的每個因素都能夠真實(shí)有效地參與評價，首先確定參與評價的因素并將這些因素劃分為不同的層次，這在前面已經(jīng)完成。采用層次分析技術(shù)和模糊綜合評判方法進(jìn)行評判，得出岸坡穩(wěn)定的最終評模糊綜合評判就是根據(jù)已給出的評判標(biāo)準(zhǔn)及評價因素的數(shù)值，首先進(jìn)行單因關(guān)于評判矩陣A與權(quán)集R的合成辦法，已經(jīng)建立了許多數(shù)學(xué)模型，常用的模r,anj導(dǎo)作用，而忽視其它因素的作用。從上述的層次結(jié)構(gòu)模型分析的結(jié)果不難看出，岸坡的穩(wěn)定性由影響岸坡穩(wěn)定性的各因素共同作用，并非單一因素決定。因而本在前人研究資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合岸坡的實(shí)際特點(diǎn)，我們擬對岸坡的穩(wěn)定性分相應(yīng)地，評價因素的指標(biāo)界限一般也按其質(zhì)量狀況劃分為四級，指標(biāo)界限是借鑒前人在這方面所做的工作，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)所確定的。這些指標(biāo)分級的全體就應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)進(jìn)行評判，隸屬函數(shù)是一個關(guān)鍵。模糊關(guān)系運(yùn)算中的隸屬度是指分類指標(biāo)從屬于某種類別的程度大小，一般是以隸屬函數(shù)來刻畫。隸屬函數(shù)的人們往往是根據(jù)具體研究對象采取一定的統(tǒng)計推斷得到，多數(shù)情形是以正態(tài)函數(shù)表4.1.5岸坡穩(wěn)定性評價單因素評價標(biāo)準(zhǔn)因子指標(biāo)級別次不穩(wěn)定(Ⅲ)不穩(wěn)定(Ⅳ)地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征(1)巖土類型(2)斜坡結(jié)構(gòu)(3)結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度(%)(4)結(jié)構(gòu)面傾向與坡向的關(guān)系堅硬巖類均質(zhì)結(jié)構(gòu)不發(fā)育（<10）逆向坡膠結(jié)好的半堅硬巖類塊狀結(jié)構(gòu)較不發(fā)育（10～30）平疊坡膠結(jié)差的半堅硬巖類層狀結(jié)構(gòu)較發(fā)育（30～50）斜交坡軟弱巖及松散巖土類碎裂結(jié)構(gòu)及松散結(jié)構(gòu)非常發(fā)育（>50）順向坡地形(5)坡面形態(tài)凸形坡直形坡凹形坡“S”形坡地貌(6)斜坡高度（m）低（<5）較低（5～15）中等（15～30）高（>30）特征平緩（<15）緩傾（15～30）中等傾（30～45）陡傾（>45）氣象(8)多年平均降水量（mm）?。?lt;150）較?。?50～250）較大（250～400）大（>400）水文(9)巖土層透水性（滲透系數(shù)）差（<5）較差（5～10）較好（10～30）好（>30）地質(zhì)（m/d）特征(10)地下水位埋深（m）淺（<3）較淺（3～5）較深（5～10）深（>10）其他因素特征(11)植被覆蓋率(%)(12)巖土風(fēng)化程度(%)(13)人為作用程度(%)(14)地震烈度（度）發(fā)育（>30）未風(fēng)化（<5）輕微（<5）<Ⅲ較發(fā)育（30～15）微弱風(fēng)化（5～10）較輕（5～15）Ⅲ~Ⅴ發(fā)育差（15～5）中等風(fēng)化（10～30）較重（15～45）Ⅴ~Ⅶ發(fā)育極差（<5）強(qiáng)烈風(fēng)化（>30）重（>45）>Ⅶr224b43b44)4×4，再次經(jīng)B=ROA合成，即其中bj為該評價單元隸屬于岸坡穩(wěn)定各等級的隸屬度，并按最大隸屬度原則現(xiàn)用AHP-Fuzzy評判方法，對xx火車站岸坡進(jìn)行二級模糊綜合評判，評判過00000000001)|0,0,②一級模糊評判Bi=RiOAi(i=1,2,3,4)③二級模糊評判B=ROA根據(jù)最大隸屬度原則與方法，對xx水電站水庫運(yùn)行對xx火車站岸坡的穩(wěn)定影響很大，這主要是由于岸坡第四系覆蓋層較厚，易于受庫水影響而產(chǎn)生變形破轉(zhuǎn)化成差分方程(代數(shù)方程)，把求解微分方程問題可以是某應(yīng)力分量、位移分量、速度分量，也可以是應(yīng)力函數(shù)等。將介質(zhì)體用等間距h且平行于坐標(biāo)軸的兩組平行線織成網(wǎng)格(圖y58458hh913091367267xx圖4.2.1有限差分網(wǎng)格對于平面問題，先將計算對象剖分成四邊形單元，每個單元再用兩種方式劃分成四個常應(yīng)變?nèi)切螁卧瑢⑷切螁卧挠嬎憬Y(jié)果疊加平均后最終獲得四邊形單元的平均應(yīng)力或應(yīng)變值。其中三角形單元的差分公式由廣義高斯散度定理推當(dāng)f為單元各邊的平均速度時，單元應(yīng)變速率（應(yīng)變增量）ei運(yùn)動方程- σij(N)=σij(O)+Δσij=σij(O)+M(e.ij,k運(yùn)動方程- 新的速度和位移新的應(yīng)力或力應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系 新的速度和位移新的應(yīng)力或力應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系 圖4.2.2有限差分計算流程示意圖假定材料受力變形過程中，服從Mohr－Coulomb屈服條件，非線性本構(gòu)定律tfs=σ1-σ3Nφ+2c；ft=-σ3；h=σ3-圖4.2.3Mohr－Coulomb屈服準(zhǔn)則示意圖有如下形式：gs=σ1-σ3NΨ;gt=-σ3。其中Ψ為剪脹角，本模型計算中取值為NΨ=(1+sinΨ)/(1-sinΨ)。剪切破壞與拉張破壞流動準(zhǔn)則分別為：其中，。這兒σ1=K+4G/3；σ2=K-2G/3（K為壓縮模量；G為剪切模量根據(jù)式(4-7)新應(yīng)力與原應(yīng)力間的關(guān)