（甘肃省交通规划勘察设计院有限责任公司 甘肃 兰州 730030）
【摘 要】利用有限元分析循环渗流对库岸边坡稳定性影响。
【关键词】循环渗流；库岸边坡稳定性；有限元分析；渗流达西定律；渗流浸润面
Study on slope stability of Liujiaxia reservoir bank by cyclic seepage
Zhang Zhi-hua
【Abstract】The influence of cyclic seepage on the bank slope stability is analyzed by finite element method (FEM).
【Keywords】Cyclic seepage; Reservoir bank slope stability; Finite element analysis; Seepage Darcy's law; Seepage infiltration surface
【中图分类号】U416.14 【文献标识码】A 【文章编号】1002-8544（2016）24-0146-03
1.渗流对库岸边坡稳定性的影响
蓄水后的水库由于水渗入库岸坡体，稳定的土体边坡强度严重下降，是诱发水库库岸滑坡失稳的主要因素，并且由于库区蓄水后水位反复升降，坡体内水位变化滞后与体外水位变化，尤其是水位下降后，库岸边坡内存在超孔隙水压力，孔隙水压力改变库岸边坡土体物理力学性能，边坡稳定性失去平衡，引起滑坡及库岸崩塌。国内外关于库岸水位变化对库岸边坡稳定影响开展了大量全面的研究工作。刘新喜根据坡体渗透系数对库岸水位下降引起边坡失稳进行深入研究表明，库水位变化后坡体内的渗流是导致边坡失稳，而坡体渗流的大小直接与坡体渗透系数大小有关，渗透系数越大，边坡稳定性越强，渗透系数越小，边坡越容易失稳。刘家峡水库承担黄河上游防洪灌溉的作用，其最高蓄水位为1734.34，正常蓄水位1726.48m，水库水位在冬季最高，夏季最低。每年水位变化高差达8m左右，随着库水位的反复升降，坡体内的循环渗流对水库库岸的破坏作用，也日趋严重。
2.循环渗流有限元分析原理
出现于上世纪40年代初期的有限元法，其基本思想是将整个连续区域离散分解成有限个结构单元，单个结构单元的节点是有限的，连续区域认为是节点单元相互衔接的单元集合体，节点值选用场函数作为基本求质量，并采用假设近似插值函数反映每一单元在单元场中函数分布规律，然后依据变分原理建立用以求解节点求知量的有限元方程。通过有限元方程，将具有无限自由度的连续域的问题简化为有限自由度的离散域问题。求解有限元方程解得单元的节点值，进一步结合插值函数的设定从而确定单元集合体的场函数。
库岸边坡稳定性有限元分析可参照以下步骤进行：
（1）对求解区域进行“离散化”处理，即将区域划分为有限个单元，联系单元之间的顶点定义为节点。
（2）建立单元渗透矩阵，可采用变分法或加权剩余法建立。
（3）合并单元渗透矩阵成整个区域的代数方程组，为总渗透矩阵。
（4）在总渗透矩阵中合并设定的边界条件。
（5）求解线性代数方程组的解。
3.渗流基本方程
渗流基本方程是Darcy从均质砂土的恒定均匀渗流试验中得出的渗流能量损失和渗流速度之间的基本关系：
4.3 计算结果分析
根据建立的有限元模型分别分析了水位按1m/d，2m/d和4m/d不同速率下降对边坡稳定性的影响。其结果如下所示；
5.结论
分析输出结果表明，水位下降时其主要破坏面位于库岸与边坡衔接处；尽管安全系数变化的不是很明显，但是还是能反映一定的规律，随着水位下降速率的加快，节点最大位移相应增大，安全系数K也相应降低，这说明坡体内水位的下降的滞后效应所产生的超孔隙水压力对边坡稳定性是不利的。水位下降速度越快，稳定系数越低，边坡的稳定性越差。随着降雨时间的增加稳定系数降低，但变化幅度很小。渗透系数越小滑坡疏水能力越差，渗流浸润面下降速度越慢，渗透力对边坡作用越强而导致边坡越不稳定。
参考文献
[1]交通部第二公路勘察设计院．公路设计手册路基（第二版）．北京：人民交通出版社．
论文作者:张志华
论文发表刊物:《建筑知识》2016年24期
论文发表时间:2017/6/12
标签：水位论文; 单元论文; 稳定性论文; 有限元论文; 节点论文; 岸边论文; 系数论文; 《建筑知识》2016年24期论文;