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1、库岸边坡地下水位动态与稳定性研究摘 要随着国内国民经济的迅速发展，国家投入越来越多的资金用于发展水电工程，但是由于人类工程活动变化岸坡的地质环境而导致的岸坡失稳的事件屡见不鲜。究其因素，重要是我们对库水作用下的岸坡稳定性评价及治理设计的结识还不够全面进一步，不能较好地解决水与岸坡互相作用的复杂问题。以往的研究由于条件的局限性往往在理论和研究措施上很难有所突破，在工程的合用性以及地下水位对岸坡稳定性的影响方面研究不够进一步。本文针对岸坡地下水位的变化与岸坡稳定性的关系开展了如下几方面的研究。1、在广泛地收集前人的研究资料和理论成果的基本上，运用地下水动力学中布西尼斯克(Boussinesq)方程
2、，建立了库水位稳定和变化时的数学模型，从而求解出了地下水位线计算公式。然后运用Excel办公自动化软件中多项式拟合功能，得出了便于工程应用的简化公式。最后对地下水位线计算公式中的几种参数进行了拟定，并且对计算公式进行了推广，解决了岸坡地下水位不拟定性问题。为研究地下水位与岸坡稳定性的关系、库岸的力学分析和数值模拟提供理论根据。2、系统地总结了影响岸坡稳定性的因素，并结合具体工程实例，运用Excel办公自动化软件和Autocad制图软件强大的数据解决功能和制图功能，在剖面图中自动生成地下水位线，然后运用理正边坡稳定性分析软件，得出不同状况下的稳定系数，最后绘制了影响地下水位变化的各因素与岸坡稳定
3、系数的影响曲线。3、通过度析影响库岸边坡稳定性的重要不拟定性信息，经综合分析，结合专家思路，选择影响库岸边坡稳定性的重要评价指标，采用层次分析法拟定权值向量, 建立岸坡稳定性多级模糊评判模型，并运用该模型对工程实例进行综合分析。然后运用拉格朗日差分法（FLAC）对工程实例在蓄水后的应力场分布和变形破坏的发展演化进行预测，对岸坡稳定前景做出合理评价。最后结合极限平衡法和工程地质综合分析法的分析成果，对岸坡的稳定性作出综合评价，避免了研究成果的局限性。核心词： 库岸边坡 地下水位动态 地下水位线 影响曲线 稳定性分析 综合评价AbstractWith the quick development o
4、f our national economy, more and more funds are thrown into hydropower projects. So failures of embankments due to the change of geological environment resulted by peoples engineering activity. The major reasons are non-full understanding on embankments stability assessment and treatment, and comple
5、xity of interaction between water and embankments. Lots of studies have been done during past years.However,the theories and methods of research have seldom been progressed,as this or that kind of condition confines. The stability of embankments under the change of groundwater level has been discuss
6、ed as the followings in the paper: 1. Based on the previous study, the Boussinesq equation was applied to deduce mathematical model describing groundwater level under steady and transient state. Polynomial fitting method in Excel was used to obtain simple and applicable formula for practice. The for
7、mula laid theoretical basis for study on relation between groundwater level and embankments stability, mechanics analysis and numerical simulation. 2. Influencing factors of embankments stability are systematically summarized. Based on the above mentioned formula, relation between embankments stabil
8、ity coefficient and factor influencing groundwater level variation was plotted, with aid of Lizheng slope analysis software, AutoCAD and Excel.3. Through study on factors influencing embankment slope stability, main assessment index was selected based on comprehensive study. AHP (Analytic Hierarchy
9、Process) was used to determine weight vector and Fuzzy Comprehensive Judgment Method was applied to practice. Development evolution of stress field and deformation was predicted using Fast Lagrangian Analysis of Continua. Embankments stability was assessed using generalized limit-equilibrium method
10、and engineering geology comprehensive analysis method, avoiding limitation of research application. Key words: embankments；groundwater level regime； groundwater level；influence curve；stability analysis； comprehensive assessment目 录第一章 绪 论11.1 问题的提出11.2 国内外研究现状21.2.1 地下水渗流的研究现状21.2.2 边坡稳定性研究现状41.3 研究思
11、路及技术路线71.3.1 研究思路71.3.2 技术路线9第二章 岸坡地下水位线的拟定102.1 库水位升降时地下水位线的拟定102.1.1基本假设102.1.2数学模型的建立112.1.3微分方程的求解122.1.4地下水位线计算公式的简化142.2 稳定地下水位线的拟定162.2.1 基本假设162.2.2 数学模型的建立和求解172.3 计算公式中参数的拟定182.3.1 给水度的拟定182.3.2 含水层厚度hm的拟定182.4 库水位变化时地下水位线计算公式的推广19第三章 影响岸坡稳定性的因素203.1 基本地质因素对岸坡稳定性的影响203.1.1 地层岩性203.1.2 地质构造
12、213.1.3 岩土体构造213.2 地下水、库水及降水对岸坡稳定性的影响213.2.1 地下水223.2.2 库水253.2.3 降水263.3 岸坡地下水位的变化对岸坡稳定性的影响263.3.1 工程实例概况273.3.2 岸坡稳定性的刚体极限平衡分析计算措施及原理273.3.3 计算剖面与计算参数的选用303.3.4 库水位稳定期岸坡的稳定性313.3.5 地下水位线的影响因素对岸坡稳定性的影响31第四章 岸坡稳定性的分析评价364.1 二级模糊综合评判364.1.1 影响岸坡稳定性因素的拟定364.1.2 影响因素层次分析及其权重分派374.1.3 二级模糊评判措施与评价原则444.1
13、.4 评价成果及分析494.2 数值模拟分析494.2.1 有限差分计算原理494.2.2 计算模型的建立及参数的选用524.2.3 计算成果及分析534.3 岸坡稳定性综合评价544.3.1 工程地质综合分析法评价544.3.2 极限平衡法及数值分析评价544.3.3 二级模糊综合评价54第五章 结论与展望565.1 结论565.2 展望58第一章 绪 论1.1 问题的提出xxxx水电站位于xxxx境内的xx干流上，是xx上游干流规划中的第六个梯级电站。库区蜿蜒近50Km长，几乎所有位于深山峡谷之中。峡谷岩石坚硬，为天然的良好坝址区；此外，该区降水充沛、水利资源丰富，适于修建水电站以发展电力
14、工业。然而，祸福相依的现象也十分突出，由于库区段谷深、坡陡，滑坡、倒塌、高危边坡比比皆是。目前，这些地质灾害已严重影响着两岸的襄渝铁路、316国道等。随着电站建设、水库蓄水以及蓄水后的水库运营，库岸边坡的水文地质条件将大大变化，部分岩土体含水量由不饱和转为饱和，这将导致岩土体的物理和化学特性发生变化，抗剪强度大幅度下降，进而导致岸坡稳定性减少，这势必将影响两岸坡上的铁路、公路等的正常运营。因此，随着水电站的修建和库区的蓄水，两岸岸坡的稳定性问题已是xx水电站建设中所面临和必须解决的重要工程地质问题。而要对的客观地评价岸坡稳定性，精确拟定在库水作用下地下水位的高下及变化至关重要。笔者结合导师科研
15、项目，在进行xxxx水电站水库的运营对铁路路基稳定性的影响研究科研项目时发现两个问题：一是仅仅用单一学科、单一的评价措施来进行岸坡稳定性分析将会导致研究成果的局限性；二是水库蓄水会使整个岸坡区域地下水水位抬高,但具体抬高多少,不仅与岸坡区域的岩土体类型、构造特性有关,还取决于库岸一定范畴的水文地质条件,预测难度较大，勘察单位也不也许在库岸的每一种地段打孔，观测其水位及变化。在计算岸坡稳定性时水位线的拟定没有统一的计算措施，更没有简化的、以便的可供工程应用的计算公式，大多数勘察单位在地下水位线的拟定上往往根据技术人员的经验，人为给定一条水位线来进行计算，这就很容易导致稳定性评价的不精确及治理工程的不合理1,2。针对上述实际工程问题，笔者根据地下水动力学理论，全面考虑了库水位的变化速度、给水度、含水层厚度、库水位变化高度以及渗入系数等因素，推导了库水位升降时地下水位线如何拟定的理论和简化计算公式，以及稳定地下水位线的通用公式。此外还以xxxx水电站xx火车站岸坡为例，分析了影响地下水位线的因素与岸坡稳定性的关系。在此基本上，又运用工程地质综合分析法、多级模糊综合评判措施和数值分析措施对xx火车站岸坡进行了综合评价。1.2 国内外研究现状3-81.2.1 地下
