第 1 章  緒    論 

1.1  問題的提出 
滑坡災(zāi)害在自然界最為常見，主要是由于自然因素和活人類的工程活動引起的�；聻�(zāi)害往往會造成重大的人員傷亡、建筑物或構(gòu)筑物損壞。給大自然及生態(tài)環(huán)境帶來無法恢復(fù)的災(zāi)難，使人類正常的生產(chǎn)生活都無法繼續(xù)，其危害程度僅次于地震和洪水。降雨、地震和人類工程活動極易產(chǎn)生滑坡災(zāi)害。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于降雨產(chǎn)生的滑坡在世界上分布最為很廣，僅在 20 世紀(jì) 70 年代，降雨型滑坡使美國經(jīng)濟(jì)損失就已經(jīng)超過十億美元，而進(jìn)入到 80 年代，降雨型滑坡?lián)p失則增大到了十五億美元。在滑坡災(zāi)害的經(jīng)濟(jì)損失中，日本、意大利損失均超過十億美元/年，而中國則超過三十億元/年[1-2]。近些年以來，隨著人類生存環(huán)境的不斷惡化，人們漸漸意識到保護(hù)環(huán)境的重要性，生產(chǎn)的同時(shí)要兼顧環(huán)境的保護(hù)，要把人類的生存和發(fā)展至于環(huán)境中。因此，環(huán)境地質(zhì)與人類工程活動之間的關(guān)系成為研究領(lǐng)域里一個(gè)正要的課題。邊坡工程是在這些課題領(lǐng)域里一個(gè)及其重要的分支，逐漸成為了人們研究的重點(diǎn)課題。在采礦領(lǐng)域、交通領(lǐng)域和水利水電工程領(lǐng)域，邊坡工程都是這些領(lǐng)域里不可分割的一部分。為了能偶保證工程的安全運(yùn)行和最大化地節(jié)約經(jīng)費(fèi)，工程師和理論研究者們從邊坡的演化規(guī)律、穩(wěn)定性以及預(yù)測預(yù)報(bào)等方面招手進(jìn)行了廣泛的研究。然而，隨著人類活動日益頻繁，各種建設(shè)工程的大規(guī)模擴(kuò)展  逐漸出現(xiàn)了對于較高且陡俏的邊坡穩(wěn)定性和災(zāi)難性滑坡問題的預(yù)測問題[2]。根據(jù)目前的露天采礦在中國的發(fā)展情況，人工邊坡的高度已經(jīng)達(dá)到300-500m，在這類中，水利水電工程中所涉及到的天然邊坡已經(jīng)達(dá)到 500-1000m的高度，尤其是在中國西南山區(qū)，邊坡的變形以及破壞現(xiàn)象較為常見，發(fā)生的滑坡災(zāi)害已經(jīng)成為危及人民生命財(cái)產(chǎn)和工程正的常運(yùn)營一種常見的地質(zhì)災(zāi)害。因此，越來越多的學(xué)者對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析近進(jìn)行了大量的研究工作。 
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1.2   國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
邊坡穩(wěn)定性分析關(guān)于水利水電、交通運(yùn)輸、國防建設(shè)以及采礦工程，，一直占據(jù)著不可忽視的位置，巖土工程研究者認(rèn)識到邊坡問題的重要性和特殊性故一直著重去研究邊坡的穩(wěn)定性[3]。針對土力學(xué)有關(guān)問題研究時(shí)，在初期主要是采用了土力學(xué)原理和方法，以最簡單的均勻介質(zhì)彈性理論和材料力學(xué)作為基。在此期間，它的顯著特點(diǎn)就是半經(jīng)驗(yàn)半理論性質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算分析方法。土壓力Coulomb 理論是 Coulomb 在 1773 年建立的；在 1820 年 Fransais 和 Culman 經(jīng)過合作研究，基于平面滑動面的分析方法歷經(jīng) 46 年建立起來；關(guān)于圓柱滑動面不考慮內(nèi)聚力只考慮內(nèi)摩擦力的在分析方法在 1916 年由 Petterson 建立。在 1922年瑞典國家委員會予以發(fā)表，Teizaghi 伙同 Fellenius 等人在前人圓柱滑動面的研究基礎(chǔ)上發(fā)展了新的分析方法，此法關(guān)鍵是近似圓弧滑動面。較為全面的著名圓弧穩(wěn)定分析方法由 Fellenius 在 1926 年創(chuàng)建，在此以后，以摩擦圓法為代表的圖表解析法得到 Taylor 和 Fellenius 等學(xué)者的研究進(jìn)步。在第二次世界大戰(zhàn)后期，Bishop 于 1955 年對他的分析方法重新進(jìn)行了修正，現(xiàn)在廣泛使用的簡化 Bishop 法從而形成，這種方法只適用滑動面是圓弧形的條件，僅僅滿足豎向力平衡和力矩平衡這兩個(gè)條件，可是對于水平力平衡的條件并不滿足，這就是此法的局限所在；Morgenstern-Price 、Spencer、Janbu 這幾位學(xué)者分別于 1965年，1967 年和 1968 年等建立了極限平衡法，此法滿足所有的平衡條件，可以將破壞的巖土體都假定劃分為若干條，這會引出這樣兩種假設(shè)：即條間力的方向的和關(guān)于平衡的假定，這兩種方法之間的區(qū)別主要在于條間力的假定；Janbu 與Ducan 關(guān)于邊坡穩(wěn)定的圖表法先后建立起來，而且此法的特點(diǎn)是獲得的精度較高，時(shí)間是 1968、1987 年，但僅限簡單的條件下使用其主要的局限所在，而近似處理必須在實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候進(jìn)行，邊坡安全系數(shù)值的大小近主要其處理是否合理決定；1970 年以來，在求解巖土體的穩(wěn)定性問題中，極限分析法是較為廣泛應(yīng)用的方法，其中對于 Chen 全面的闡述了用上限定理求解地基承載力、土壓力和邊坡穩(wěn)定性原理和方法�；聵O限分析的極小值和極大值這兩條基本原理是由潘家錚提出，極大值原理的證明由孫君利利用虛功原理于 1981 年證明。
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第 2 章  邊坡穩(wěn)定性的理論基礎(chǔ) 

2.1  概述 
在土力學(xué)中，邊坡穩(wěn)定性理論與地基承載力和土壓力分支理論基本在同一時(shí)期發(fā)展起來。18 世紀(jì) 70 年代，法國工程師庫侖提出 l 針對擋土墻壓力相應(yīng)的計(jì)算方法，土力學(xué)從此誕生。朗肯，計(jì)算了主動和被動土壓力的方法基于墻后土體各點(diǎn)處于極限平衡狀態(tài)的基礎(chǔ)上的假設(shè)。在地基承載力和邊坡穩(wěn)定性分析中庫侖和朗肯對分析土壓力時(shí)采取的方法得到廣泛推廣，極限平衡法逐漸形成[17-21]。 土體視為理想剛塑性材料是極限平衡理論的一個(gè)基本假設(shè)，認(rèn)為，任何變形在整個(gè)加載過程中土體均不會發(fā)生，土體沿某破裂面產(chǎn)生剪切變形是在達(dá)到極限平衡狀態(tài)開始。
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2.2  極限平衡理論的基本原理 
土體內(nèi)部中各點(diǎn)在外力作用下將產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。應(yīng)力分為正應(yīng)力和剪應(yīng)力，而應(yīng)變分為線應(yīng)變和剪應(yīng)變。針對極限平衡問題的研究，假設(shè)土體是一種理想剛塑性材料，所以不予考慮達(dá)到極限平衡狀態(tài)之前的變形過程，對于極限平衡狀態(tài)下的應(yīng)力關(guān)系認(rèn)為變形過程不產(chǎn)生影響。 極限平衡法具有只考慮靜力平衡條件和土的摩爾-庫侖破壞準(zhǔn)則的基本特點(diǎn)。即所求解問題的解是通過分析土體在破壞那一刻的力平衡來解決。在求解時(shí)，我們需要引入一些極限平衡方法來簡化的問題的假設(shè)，這是因?yàn)�，在大多�?shù)情況之下，我們所求解的問題一個(gè)靜不定問題。 眾所周知，巖土體中剪應(yīng)力的增加或巖土的抗剪強(qiáng)度的降低是引起邊坡滑動的主要因素，最終降低巖土體的強(qiáng)度。因此，在土建施工時(shí)應(yīng)充分合理的選擇設(shè)計(jì)邊坡的坡角，太大不合理，太小易滑坡。這就要求我們必須對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析從而對邊坡坡度、坡角以及邊坡的合理斷面給出合理結(jié)果。國內(nèi)外學(xué)者為了解決這些常見的問題，提出了許多方法或幾種方法聯(lián)合的方法。其中，使用最為廣泛的是條分法。條分法認(rèn)為：若干剪切面假定存在，土體分成成若干垂直分條進(jìn)行分析力與力矩的平衡，土體穩(wěn)定的安全系數(shù)在極限平衡狀態(tài)下求出，最危險(xiǎn)滑裂面位置和最低安全系數(shù)通過一定量的計(jì)算得出。
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第 3 章 二王廟地質(zhì)環(huán)境條件及不良地質(zhì)作用分析 ...... 19 
3.1 地質(zhì)環(huán)境條件 .......... 19 
3.1.1 地層與巖性 ........ 19 
3.1.2 地質(zhì)構(gòu)造與地震 .... 20 
3.1.3 水文地質(zhì)概況 ...... 22 
3.2 二王廟古滑坡的基本特征 ....... 25 
3.3 古滑坡穩(wěn)定性分析評價(jià) ......... 29 
第 4 章 降雨入滲條件下都江堰二王廟邊坡穩(wěn)定性計(jì)算 ......... 31 
4.1 GEO-SLOPE 軟件簡介 .... 31
4.1.1 概述 ....... 31 
4.1.2 邊坡穩(wěn)定性分析模塊（SLOPE/W） .......... 31 
4.1.3 地下水滲流分析模塊（SEEP/W） .... 32 
4.2 模型建立及條件 ........ 33 
4.2.1 模型基本概況 ...... 33 
4.2.2 數(shù)值計(jì)算分析模型及定解條件 ...... 33 
4.2.3 計(jì)算結(jié)果分析 ...... 36 
第 5 章 結(jié)論與展望 .... 46 

第 4 章  降雨入滲條件下都江堰二王廟邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

由于四川都江堰地區(qū)降雨頻繁，震后都江堰二王廟邊坡能否穩(wěn)定對周圍居民及生態(tài)環(huán)境影響較大，然而現(xiàn)場勘查及分析只是對穩(wěn)定性的定性分析，沒有充分考慮外界因素影響，特別是降雨強(qiáng)度及降雨持時(shí)對邊坡穩(wěn)定性影響及預(yù)測，為此本章通過數(shù)值計(jì)算方法研究降雨入滲下震后都江堰二王廟邊坡整體穩(wěn)定性情況。


4.1 GEO-SLOPE 軟件簡介 

目前巖土工程設(shè)計(jì)分析中經(jīng)常要用的軟件 GEO-SLOPE，他是一套適用于巖土工程和巖土環(huán)境模擬計(jì)算的仿真軟件。其特點(diǎn)是專業(yè)、高效而且功能強(qiáng)大，他被廣泛已經(jīng)被應(yīng)用到巖土工程、水力水電工程和環(huán)境工程領(lǐng)域。由于 GEO-SLOPE軟件分析功能強(qiáng)大，已經(jīng)成為工程技術(shù)人員解決工程實(shí)際問題、科學(xué)研究人員理論研究和廣大師生教學(xué)實(shí)踐中最有效的巖土工程設(shè)計(jì)分析手段之一。 GEO-SLOPE 軟件共包括七種專業(yè)分析模塊：邊坡穩(wěn)定性分析模塊（SLOPE/W）、地下水滲流分析模塊（SEEP/W）、巖土應(yīng)力變形分析模塊（SIGMA/W)、地震動力響應(yīng)分析模塊（QUAKE/W）、地?zé)岱治觯═EMP/W）、地下水污染物傳輸分析模塊（CTRAN/W）、綜合滲流蒸發(fā)區(qū)和土壤表層分析模塊（VADOSE/W）。這些模塊可以單獨(dú)使用，也可以組合搭配使用。本文主要使用 GEO-SLOPE 軟件的邊坡穩(wěn)定性分析模塊（SLOPE/W）和地下水滲流分析模塊（SEEP/W）進(jìn)行問題研究。

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結(jié)論

本文首先詳細(xì)介紹了基于極限平衡理論的極限平衡法和通用極限平衡法，對條分法和不平衡推力法進(jìn)行簡單的說明，為二王廟場地邊坡穩(wěn)定性分析和計(jì)算提供了理論基礎(chǔ)。 本文通過二王廟場地邊坡實(shí)例，詳細(xì)地對土坡在降雨入滲條件下的瞬態(tài)穩(wěn)定安全系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，對土坡在降雨入滲條件下的瞬態(tài)滲流場的分布進(jìn)行了分析，研究內(nèi)容和結(jié)論有如下幾個(gè)主要方面：  
1）介紹了邊坡穩(wěn)定性的理論基礎(chǔ)—極限平衡法，然后簡單地介紹了研究邊坡穩(wěn)定性分析的幾種常見方法：條分法、不平衡推力法及通用極限平衡法（GLE），并且進(jìn)一步研究了降雨入滲條件下邊坡穩(wěn)定性分析的方法；
2）有關(guān)飽和-非飽和滲流問題的基本理論及其定解條件進(jìn)行了詳細(xì)闡述，采用有限元方法對建立的飽和-非飽和滲流的控制方程進(jìn)行求解； 
3）結(jié)合二王廟地質(zhì)環(huán)境分析對都江堰古建筑群地質(zhì)條件及不穩(wěn)定地質(zhì)作用分析；    
4）從飽和-非飽和基本理論出發(fā)，運(yùn)用 SEEP/W 模塊模擬了隨降雨強(qiáng)度、探求了土坡內(nèi)部孔隙中孔隙水壓力在降雨持續(xù)時(shí)參數(shù)變化情況，并給出了孔隙水壓力變化對滲流場的影響。 
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號：34931