库水位初次升降过程中泄滩污水处理厂不稳定斜坡变形机制研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guangtoucx
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三峡库区初次试验性蓄水至172.79m高程时,秭归县泄滩污水处理厂斜坡出现较大变形和局部破坏,导致斜坡中部新建的泄滩污水处理厂因基础及构筑物不同程度开裂而废弃。为了弄清泄滩污水处理厂斜坡在库水位初次升降过程中产生变形破坏的内在机制,本文以泄滩污水处理厂斜坡前部受库水升降影响的堆积体为研究对象,利用自主研发的渗透装置模拟了堆积体碎石土在库水位初次升降期间的渗透过程,开展了库水位初次升降过程中库水作用对碎石土水力参数和强度参数影响的渗透试验和三轴压缩试验;建立斜坡有限元模型,基于饱和-非饱和渗流理论和流-固耦合理论,运用ABAQUS软件对该斜坡在库水位初次升降过程中堆积体水力参数和强度参数动态变化条件下的渗流场和位移场进行计算;最后基于上述研究结果,探讨泄滩污水处理厂斜坡在库水位初次升降过程中发生变形破坏的内在机制。研究得到的结果如下:(1)在库水位初次上升过程中,碎石土受到库水渗透侵蚀作用显著,碎石土中的细颗粒(粒径0.005mm<d<2mm)运移流失较多,质量百分含量从27.65%降到22.95%,饱和渗透系数从5×10-4mm/s增大到1×10-2mm/s,土水特征曲线中高基质吸力段(10104kPa)对应的体积含水率逐渐减小,碎石土的非饱和渗透系数逐渐增大;在库水位缓降阶段,碎石土中的细颗粒运移流失减少,其饱和渗透系数、土水特征曲线和渗透系数函数逐渐趋于稳定。(2)在库水位初次升降过程中,堆积体碎石土经库水浸泡作用后的抗压强度、抗剪强度和弹性模量劣化明显;与天然状态试样(蓄水前)相比,蓄水至172.79m高程时,试样峰值抗压强度(围压100kPa、200kPa、400kPa)降幅分别达到52%、51%和48%,粘聚力和内摩擦角的降幅为49%和21%,弹性模量(围压100kPa、200kPa、400kPa)则分别降低了53.4%、45.7%和37.3%。(3)在库水位初次升降过程中,一方面,斜坡内的渗流场受库水影响较大,库水快速渗透进斜坡内补给地下水使得地下水位随库水位同步变化。另一方面,库水位升至172.79m高程时,被库水浸泡的堆积体的水平位移陡增且160m172.79m高程范围内产生了塑性区;斜坡中上部(高程172.79m220m)的水平位移也迅速增大,此时斜坡前部监测点XTW5′处水平位移达到4mm,中部监测点XTW2′XTW4′处的水平位移分别为2.55mm、1.18mm、1.69mm,后缘监测点XTW0′和XTW1′处水平位移为3.56mm、0.7mm,可以看出XTW2′和XTW0′处的位移明显要大于XTW1′、XTW3′和XTW4′;以及斜坡中上部局部区域出现了滑移变形和公路平台处出现塑性区,污水处理厂所在位置以及斜坡后部公路平台处出现较明显的位移分界线。(4)水库蓄水至172.79m高程时,由于库水的作用,被库水浸没的堆积体有效应力和抗压强度、抗剪强度等强度参数均出现较大幅度的降低,此时被库水浸没的堆积体抗滑力随之大幅度减小。这造成被库水浸没的堆积体的横河向变形陡增且局部区域出现塑性破坏,进而引起高程172.79m以上堆积体的横河向变形迅速增大,斜坡高程210m以上堆积体产生滑移变形以及在公路平台处产生局部塑性破坏,由此导致了斜坡中上部出现拉裂缝等变形破坏迹象。在斜坡变形破坏过程中,堆积体强度参数产生大幅劣化是引起变形的主要原因,库水位上升引起斜坡有效应力的减小对变形起一定促进作用。
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