岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 1423-1434.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0917

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

强降雨对库岸堆积体边坡稳定性影响的离心模型试验和数值模拟研究

陈磊1,张强2,贾朝军1, 2,雷明锋1,黄娟1,胡晶2   

  1. 1. 中南大学 土木工程学院,湖南 长沙 410075;2. 中国水利水电科学研究院 岩土工程研究所,北京 100048
  • 收稿日期:2023-06-26 接受日期:2023-10-16 出版日期:2024-05-11 发布日期:2024-05-07
  • 通讯作者: 贾朝军,男,1989年生,博士,副教授,主要从事岩土工程方面的研究。E-mail: jiachaojun@csu.edu.cn
  • 作者简介:陈磊,男,2000年生,硕士研究生,主要从事岩土工程方面的研究。E-mail chenlei_qaq@csu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No. 52008403);中国水利水电科学研究院基本科研专项项目(No. GE110145B0012023)。

Centrifugal modeling and numerical simulation on stability of reservoir bank accumulation slope caused by heavy rainfall

CHEN Lei1, ZHANG Qiang2, JIA Chao-jun1, 2, LEI Ming-feng1, HUANG Juan1, HU Jing2   

  1. 1. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha, Hunan 410075, China; 2. Institute of Geotechnical Engineering, China Institute of Water Resource and Hydropower Research, Beijing 100048, China
  • Received:2023-06-26 Accepted:2023-10-16 Online:2024-05-11 Published:2024-05-07
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52008403) and the Basic Research Project of China Institute of Water Resources and Hydropower Research (GE110145B0012023).

摘要: 堆积体广泛分布于我国西南大江大河的河谷地带,在降雨条件下其稳定性直接关系到大坝的安全稳定。设计了水库库岸堆积体边坡强降雨离心模型试验系统,开展了强降雨诱发库岸堆积体边坡失稳离心模型试验,对降雨作用下滑坡地质演化及灾变过程进行研究。基于试验结果,进一步开展数值模拟研究,分析了满库容不同降雨强度下强降雨对不同库水位及堆积体渗透性的边坡稳定性影响。结果表明:水库蓄水阶段堆积体边坡前缘在浮托力和泡水软化作用下造成抗滑力下降。但指向坡体内的渗透压力对坡体起到加固作用。两种竞争机制作用下产生的后缘细微裂缝对降雨阶段边坡变形发展产生重要影响。降雨主要造成坡表侵蚀及径流,少部分从裂缝入渗造成后缘浅层下沉。若不加处理,则边坡有可能发生推移式整体破坏。因此,库岸堆积体边坡后缘裂缝的处置是地质灾害防治的关键。

关键词: 离心模型试验, 降雨, 堆积体边坡, 滑动机制, 数值模拟

Abstract: The accumulation body is extensively distributed in the valley area of major rivers in southwest China, and its stability directly impacts the safety and stability of dams during rainfall conditions. To study the geological evolution and disaster processes of landslides during rainfall events, a centrifugal model test system is designed to simulate heavy rainfall on the slope of a reservoir bank, with a focus on investigating the induced instability of the accumulation body at full storage capacity. Following the test results, additional numerical simulation is carried out to analyze the influence of rainfall intensity, reservoir level state and permeability of accumulation body on slope stability. The results indicate that during the reservoir storage stage, the slope front of the accumulation body experiences reduced resistance to sliding due to buoyancy and water softening. However, osmotic pressure exerted on the slope body also contributes to its strengthening. The cracks formed at the rear edge as a result of these two competing mechanisms significantly influence the development of slope deformation during the rainfall stage. Rainfall primarily leads to surface erosion and runoff on the slope, with a small portion infiltrating through cracks, resulting in shallow subsidence of the rear margin. If the slope is left untreated, it is likely to experience overall failure. Therefore, addressing the cracks at the rear edge of the bank slope is crucial for preventing and controlling geological hazards.

Key words: centrifugal modeling tests, rainfall, accumulation slope, failure mechanism, numerical simulation

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