理论教育 边坡上地下水应力分布–工程水文地质学

边坡上地下水应力分布–工程水文地质学

时间:2023-09-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:土体和岩体边坡上地下水压力分布有很大的差异,以下分别介绍。流网图展示出土体边坡剖面上不同点地下水压力的大小和地下水的流向,图上任何一条等水头线的水头值等于该线与地下水面相交点的地下水位高程。此时,如果依据边坡局部流网估计孔隙水压力就会过低。在这种情况下,就应当先从区域地下水流系统确定孔隙水压力,再分析边坡的稳定性。这类岩石边坡中裂隙水压力的分布和分布的几何形态不同于土体边坡。

边坡上地下水应力分布–工程水文地质学

土体和岩体边坡上地下水压力分布有很大的差异,以下分别介绍。

1.土体边坡

图7-2所示均质各向同性土体边坡上的流网图。该图由流线(实线)和等水头线(虚线)组成。流网图展示出土体边坡剖面上不同点地下水压力的大小和地下水的流向,图上任何一条等水头线的水头值等于该线与地下水面相交点的地下水位高程

如果用稳定流网在对边坡稳定性的分析中进行孔隙水压力分布的预测,那么此流网应该是在地下水最高水位时绘制的,对于还不知地下水位的边坡来说,最保守的方法是假定出一个与地面形态基本符合的地下水面。

有时,局部地下水位与坡面重合,如图7-2所示的邻坡脚地段。此时,如果依据边坡局部流网估计孔隙水压力就会过低。如果边坡位于一个相当深的谷底,则边坡可能是区域排泄区的一部分,也可能存在着异常高的孔隙水压力。在这种情况下,就应当先从区域地下水流系统确定孔隙水压力,再分析边坡的稳定性。

图7-2 边坡典型的水流系统

雨季或冰雪化冻季节,地下水位逐渐上升,水位上升与降水之间呈滞后关系。此时,地下水流随时间而变呈非稳定状态。在图7-3(a)所示边坡剖面上,由于降雨在t0、t1、t2、…时间内引起的地下水位上升,导致孔隙水压力增大,因此,在潜在滑动面上的孔隙水压力将是时间的函数(图7-3中(b))随地下水位升高,稳定系数FS[2]就会随时间变化而降低,当FS变为小于1时,边坡的稳定就会遭到破坏,发生崩塌、滑坡(图7-3中(c))。因此,常常见到,在雨季或化雪之后会发生崩塌、滑坡的现象,其触发机理是沿潜在破裂面孔隙水压力的增大。(www.daowen.com)

图7-3 降雨对土体边坡稳定性的影响

(a)边坡上雨期地下水位的瞬时位置;(b)雨期和雨后C点的孔隙水压力;(c)雨期和雨后的滑体稳定系数曲线

2.岩体边坡

为了分析岩体边坡地下水压力的分布,可把岩体边坡分为三类:1)由块状坚硬岩石构成的边坡;2)由节理裂隙不甚发育的岩石构成的边坡;3)由节理裂隙甚为发育的岩石构成的边坡。其中第一类边坡是不常见的。对于第三类边坡,即节理裂隙甚为发育的岩体构成的边坡,与土体边坡没有明显的区别,因此,这类边坡中也存在潜在的圆形滑动面,可以用流网法预测滑动面上的裂隙水压力。本小节主要讨论的是第二类边坡。

这类岩石边坡中裂隙水压力的分布和分布的几何形态不同于土体边坡。佩顿和迪尔认为主要的差别在于:1)在由节理裂隙岩体构成的边坡中,裂隙水压力分布不规则(图7-4中(a));2)裂隙岩层的裂隙率一般较小(1%~10%),而松散地层的孔隙度较大(20%~50%)。因此,对一个给定的降水事件来说裂隙岩层中的地下水位上升幅度比松散岩层大(图7-4中(b))。这样,裂隙岩层中的空隙水压力比土层中高,从而,作为边坡崩塌的一种触发机理来说,降水的潜在影响在岩石边坡中要高一些。边坡上的隔水断层(图7-4中(c),左)或导水断层(图7-4中(c),右)都可以影响地下水位,对潜在滑动面上的裂隙水压力产生不同的影响。

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