三峽庫(kù)區(qū)動(dòng)水壓力型土質(zhì)滑坡排水管布置優(yōu)化
——以臥沙溪滑坡為例

張振華, 王 亮, 劉 武

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院, 安徽 合肥 230009;2.三峽大學(xué) 三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心, 湖北 宜昌 443002)

三峽庫(kù)區(qū)動(dòng)水壓力型土質(zhì)滑坡排水管布置優(yōu)化
——以臥沙溪滑坡為例

張振華1,2, 王 亮1, 劉 武1

(1.合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院, 安徽 合肥 230009;2.三峽大學(xué) 三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心, 湖北 宜昌 443002)

[目的] 為降低動(dòng)水壓力型滑坡體內(nèi)的動(dòng)水壓力，提高其穩(wěn)定性，采取布設(shè)水平排水管的措施對(duì)該類(lèi)型滑坡進(jìn)行治理，并對(duì)排水管的布設(shè)方案進(jìn)行優(yōu)化，為同類(lèi)滑坡的加固設(shè)計(jì)以及獲得高效合理的排水管布設(shè)方案提供參考。 [方法] 利用土體級(jí)配曲線(xiàn)，采用間接方法近似確定滑體土土—水特征曲線(xiàn)，并嘗試通過(guò) Fredlund&Xing函數(shù)模型預(yù)測(cè)獲得滑體土非飽和滲透函數(shù)曲線(xiàn)。采用均勻設(shè)計(jì)方法、有限元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法相結(jié)合的綜合集成方法開(kāi)展排水管布設(shè)方案優(yōu)化研究。 [結(jié)果] 獲得了臥沙溪滑坡最優(yōu)的排水管布設(shè)方案為：管長(zhǎng)L為26.6 m，間距D為6.88 m，傾斜角θ為7.3o。 [結(jié)論] 采用該排水方案加固后的滑坡安全系數(shù)為1.101，大于設(shè)計(jì)安全系數(shù)1.10，滿(mǎn)足滑坡加固安全與經(jīng)濟(jì)的要求。

動(dòng)水壓力型滑坡； 滲透性； 排水管

已有的研究[1-3]表明，三峽水庫(kù)水位驟降對(duì)動(dòng)水壓力型滑坡的穩(wěn)定性不利。比如，三峽庫(kù)區(qū)的樹(shù)坪滑坡、白水河滑坡和臥沙溪滑坡等，都是在庫(kù)水位下降的工況下發(fā)生了較大的變形[4，5，12]。由于動(dòng)水壓力型滑坡的巖土體滲透性比較差，在庫(kù)水位下降的過(guò)程中地下水不能及時(shí)排出，坡體內(nèi)地下水位的下降速度小于水庫(kù)水位的下降速度，導(dǎo)致坡體內(nèi)水力梯度增大而引起動(dòng)水壓力明顯增大，滑坡受到由坡內(nèi)指向坡外的動(dòng)水壓力作用[5]，致使其穩(wěn)定性降低，甚至引起滑坡的變形破壞和滑動(dòng)。目前已有部分學(xué)者對(duì)三峽水庫(kù)水位下降條件下的滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。例如，王錦國(guó)等[6]通過(guò)對(duì)三峽庫(kù)區(qū)猴子石滑坡地下水動(dòng)力場(chǎng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)庫(kù)水位從175 m下降至145 m時(shí)所受動(dòng)水壓力為正常蓄水位時(shí)的13倍，對(duì)滑坡的穩(wěn)定性極為不利；向玲[7]、盧書(shū)強(qiáng)等[4]研究表明，隨著庫(kù)水位下降，由于滑坡巖土體的滲透性較差，滑坡受到從內(nèi)到外的滲透動(dòng)水壓力作用，使得滑坡的穩(wěn)定性降低。從已有的文獻(xiàn)來(lái)看，學(xué)者們雖然研究了庫(kù)水位下降條件下動(dòng)水壓力對(duì)土質(zhì)堆積體岸坡穩(wěn)定性的影響，但沒(méi)有提出有效的加固方案來(lái)降低該工況條件下坡體內(nèi)的動(dòng)水壓力(即地下水位)。目前，常見(jiàn)的水庫(kù)岸坡降低地下水位的措施主要有排水洞、集水井抽水、虹吸排水、水平排水和滲溝等[8]。由于水平排水管具有施工簡(jiǎn)單、工期短、維護(hù)方便和經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，也是經(jīng)過(guò)工程檢驗(yàn)較為有效的排水措施之一[8-11]，因此水平排水管在滑坡的治理工程中得到了廣泛應(yīng)用。水平排水管的排水降壓效果主要取決于排水管的布設(shè)方案，而在實(shí)際工程中，水平排水管的布設(shè)方案通常是按照規(guī)范，或者是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、井流公式等進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，為了保證排水的效果而盲目的增加排水管數(shù)量，造成工程上不必要的浪費(fèi)[8]。為了經(jīng)濟(jì)有效地降低庫(kù)水位下降條件下動(dòng)水壓力型滑坡的地下水位，科學(xué)合理地確定水平排水管的布設(shè)方案是非常必要的。鑒于此，本研究以三峽庫(kù)區(qū)典型動(dòng)水壓力型滑坡——臥沙溪滑坡為例，采用均勻設(shè)計(jì)方法、有限元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法相結(jié)合的綜合集成方法，對(duì)水平排水管布設(shè)方案進(jìn)行優(yōu)化研究。

1 臥沙溪滑坡概況

臥沙溪滑坡位于長(zhǎng)江支流青干河的右岸，屬于秭歸縣沙溪鎮(zhèn)梅坪村?；戮嗲喔珊酉掠巫蟀兜那⑵捍笮突录s1.5 km，距河口約6 km，距三峽壩址約50 km[12]?；缕矫嫔峡傮w呈“圈椅”狀，近南北向?；麦w縱長(zhǎng)(南北方向)約250 m，橫向平均寬度約200 m，厚度約15 m，體積約7.50×105m3[12]?；潞缶壩挥诟叱碳s225 m的村級(jí)公路上，前緣剪出口高程約105 m，坡度為15o～30o[13]。該滑坡為土質(zhì)滑坡，滑體物質(zhì)主要由第四系全新統(tǒng)崩坡積碎塊石土、殘坡積土組成，成分為黏性土夾砂巖、泥巖塊碎石，具有弱透水性[13]?；瑤樯细不w與下伏基巖的接觸面，由紫紅色黏土夾少量碎石組成，碎石成分復(fù)雜，主要為黃褐色泥質(zhì)粉砂巖，稍密—密實(shí)，具有弱—微弱透水性；滑帶形態(tài)總體上陡下緩，厚度約為0.3～0.8 m[13]?；不鶐r為侏羅系中—下統(tǒng)灰綠色厚—巨厚層狀長(zhǎng)石石英砂巖、粉細(xì)砂巖夾少量紫紅色粉砂質(zhì)黏土巖、泥巖，呈厚層狀，泥質(zhì)膠結(jié)，具有弱透水性[13]。巖層總體產(chǎn)狀100o∠25o，走向與岸坡總體走向大角度相交，屬斜向結(jié)構(gòu)岸坡[13]。根據(jù)參考文獻(xiàn)[12-13]給出的滑坡GPS位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)(wsx1—3)記錄的位移隨庫(kù)水位變化關(guān)系曲線(xiàn)(圖1)，可知滑坡在每年庫(kù)水位下降期(4—6月)的位移變化較同一庫(kù)水位變化周期內(nèi)的其他時(shí)段明顯得多，屬于典型的動(dòng)水壓力型滑坡。

圖1 滑坡累計(jì)位移—庫(kù)水位—時(shí)間關(guān)系

2 排水管布設(shè)方案設(shè)計(jì)

大量的研究[14-17]表明，影響排水效果的主要因素有管徑，管長(zhǎng)，排距，傾角，管間距等。假設(shè)對(duì)5個(gè)影響排水效果的因素都取5個(gè)水平，若考慮全部因素的各水平相互組合，則排水管布設(shè)方案達(dá)到55=3 125種，就此進(jìn)行優(yōu)化研究會(huì)因?yàn)楣ぷ髁刻蠖y以實(shí)現(xiàn)，必須從中選擇部分具有代表性的組合方案進(jìn)行試驗(yàn)，即對(duì)布設(shè)方案進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。均勻設(shè)計(jì)方法是王元和方開(kāi)泰于1978年提出的試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)，其數(shù)學(xué)原理是數(shù)論中的一致分布理論，只考慮試驗(yàn)點(diǎn)在試驗(yàn)范圍內(nèi)的均勻分布，即“均勻分散”性，忽略“整齊可比”性，使試驗(yàn)點(diǎn)均衡地分布在試驗(yàn)范圍內(nèi)，而且有充分的代表性[18]。若按3因素6水平的排列組合進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，共計(jì)63=216種布設(shè)方案；而依據(jù)均勻設(shè)計(jì)原理，若采用均勻設(shè)計(jì)表U24(63)，則具有代表性的排水布設(shè)方案僅需要24種方案。由此可見(jiàn)，采用均勻設(shè)計(jì)方法可以大大地減少排水管布設(shè)方案的數(shù)量，既具有代表性，又能合理反映所有可能出現(xiàn)的試驗(yàn)組合特征。采用均勻設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)排水管布設(shè)方案，首先應(yīng)確定影響排水效果的因素及其水平，然后選取合適的均勻設(shè)計(jì)表設(shè)計(jì)排水管布設(shè)方案。

2.1 排水管布設(shè)所考慮的因素及其水平

根據(jù)參考文獻(xiàn)[15-16]的研究，在管徑R的通常取值范圍內(nèi)，管徑的大小對(duì)邊坡排水效果有一定影響，但是影響不明顯，試圖通過(guò)增大排水管的管徑來(lái)達(dá)到更好的排水效果，不僅達(dá)不到預(yù)期的效果，反而會(huì)使施工難度和費(fèi)用的增大。

故本文不把排水管徑R作為排水管優(yōu)化的參數(shù)，僅考慮影響排水效果的管長(zhǎng)L、傾角θ和排距D這3個(gè)因素。根據(jù)文獻(xiàn)[19]，確定3個(gè)影響因素的取值范圍：管長(zhǎng)L取5～30 m，排距D取2～7 m，傾角θ取5o～10o。對(duì)每個(gè)影響因素分為6個(gè)水平，具體計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表1。

表1 排水管布設(shè)方案影響因素水平

2.2 按均勻設(shè)計(jì)表確定試驗(yàn)方案

根據(jù)表1,選擇出合適的均勻設(shè)計(jì)表U24(63)和U6(63)(共30種代表性排水管布設(shè)方案,表2—3)。其中表2的樣本用于下文關(guān)于水平排水影響因素與排水效果之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練，表3中的樣本用于該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練過(guò)程中的預(yù)測(cè)檢驗(yàn)。

表2 排水管布設(shè)方案均勻設(shè)計(jì)〔U24(63)〕

表3 排水管布設(shè)方案均勻設(shè)計(jì)〔U6(6)3)〕

3 不同排水管布設(shè)方案的排水效果

3.1 有限元計(jì)算網(wǎng)格模型

根據(jù)參考文獻(xiàn)[12-13]提供的臥沙溪滑坡地質(zhì)資料，建立該滑坡主滑剖面A-A’的有限元計(jì)算網(wǎng)格模型。采用四邊形單元進(jìn)行剖面的網(wǎng)格劃分，共劃分單元3 872個(gè)、節(jié)點(diǎn)3 845個(gè)。

3.2 計(jì)算參數(shù)

3.2.1 巖土體常規(guī)物理力學(xué)參數(shù) 根據(jù)臥沙溪滑坡巖土體的物理力學(xué)參數(shù)建議取值等資料，通過(guò)工程類(lèi)比和參數(shù)反演分析，綜合確定有限元數(shù)值計(jì)算參數(shù)值(表4)。使用“空氣單元法”來(lái)模擬排水管，即將排水管的滲透系數(shù)設(shè)置成遠(yuǎn)大于周邊滲流介質(zhì)的滲透系數(shù)(可將二者的比值設(shè)置成等于500[8])來(lái)模擬排水管的排水性能。

表4 滑坡巖土體常規(guī)物理力學(xué)參數(shù)

3.2.2 滑體土土—水特征曲線(xiàn)和滲透函數(shù)曲線(xiàn) 經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查顯示滑帶土和滑床巖體長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，其滲透特性可以用飽和滲透系數(shù)來(lái)表征，具體參數(shù)值詳見(jiàn)表4庫(kù)水位下降過(guò)程中，滑坡土體從飽和狀態(tài)逐漸向非飽和狀態(tài)過(guò)渡，故需采用非飽和非穩(wěn)定滲流分析方法對(duì)該滑坡滲流場(chǎng)進(jìn)行分析。根據(jù)非飽和非穩(wěn)定滲流理論，非飽和滲流分析需要確定土體的土—水特征曲線(xiàn)(SWCC)、非飽和滲透系數(shù)等相關(guān)參數(shù)[20]。

土—水特征曲線(xiàn)描述了非飽和土基質(zhì)吸力與含水量的關(guān)系。通過(guò)試驗(yàn)方法直接測(cè)定堆積體滑坡土體的土—水特征曲線(xiàn)是比較困難的，因此很多學(xué)者通過(guò)間接方法推測(cè)土—水特征曲線(xiàn)，如經(jīng)驗(yàn)公式方法、物理經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀⒎中蛶缀畏ǖ萚21]。孔郁斐等[22]利用均勻土柱模型的毛細(xì)管理論推導(dǎo)出特定粒徑顆粒堆積物中毛細(xì)水上升高度，據(jù)此構(gòu)造出由土體級(jí)配曲線(xiàn)近似確定土—水特征曲線(xiàn)的物理經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，給出了土—水特征曲線(xiàn)的預(yù)測(cè)公式(1)—(3)，并證明該模型是可行的，由于該方法合理易行，故采用該方法預(yù)測(cè)土—水特征曲線(xiàn)。

S=P(d)

(1)

d=6σRou/〔(1+e)γwh〕

(2)

InRou=aln(h)+b

(3)

式中:S——飽和度；P(d)——級(jí)配函數(shù)；d——粒徑； σ——水的表面張力系數(shù)； γw——水的重度；e——孔隙比；Rou——修正系數(shù)；h——吸力水頭；a，b——擬合參數(shù)，利用非飽和土數(shù)據(jù)庫(kù)UNSODA中406中土樣的測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)參數(shù)a，b進(jìn)行分析，分析

結(jié)果顯示a，b與級(jí)配和孔隙比無(wú)關(guān)，可能受土的礦物組成影響較大[22]。

確定顆粒堆積體土—水特征曲線(xiàn)的主要步驟包括：首先，確定擬合參數(shù)a、b的取值(本文采取文獻(xiàn)[22]統(tǒng)計(jì)的平均值a=0.439 7，b=4.495 0)，其次，根據(jù)公式(3)計(jì)算不同h值所對(duì)應(yīng)的修正系數(shù)Rou；然后，將a，b，Rou和不同的h值代入公式(2)得到相應(yīng)的d值，再由公式(1)計(jì)算對(duì)應(yīng)的飽和度S；最后，通過(guò)飽和度S計(jì)算體積含水量，就可以得到吸力水頭—體積含水量曲線(xiàn)，即SWCC曲線(xiàn)。

圖2 滑體土顆粒大小分布曲線(xiàn)

通過(guò)臥沙溪滑坡滑體土的顆粒分析試驗(yàn)獲得其級(jí)配曲線(xiàn)(圖2)。

根據(jù)上述步驟確定的滑體土土—水特征曲線(xiàn)(圖3)和試驗(yàn)所得飽和滲透系數(shù)，嘗試通過(guò)Fredlund&Xing函數(shù)模型[23]預(yù)測(cè)獲得滑體土的滲透函數(shù)曲線(xiàn)(圖3)。

圖3 滑體的土—水特征曲線(xiàn)和滲透函數(shù)曲線(xiàn)

3.3 計(jì)算工況

由于動(dòng)水壓力型滑坡在庫(kù)水位下降期對(duì)滑坡的穩(wěn)定性最為不利，結(jié)合三峽水庫(kù)的調(diào)度方案，水庫(kù)水位下降是從壩前正常蓄水位175 m降至防洪限制水位145 m，下降速度一般采用1.2 m/d[24]。因此，確定計(jì)算工況為：庫(kù)水位以1.2 m /d的下降速度從175 m下降至145 m。

3.4 滲流場(chǎng)模擬和安全系數(shù)計(jì)算

3.4.1 滲流場(chǎng)模擬 根據(jù)表2—3中的共30個(gè)排水管布設(shè)方案，采用Geo-Studio巖土工程數(shù)值分析軟件中的SEEP/W模塊，對(duì)滑坡進(jìn)行瞬態(tài)滲流分析，得到地下水位線(xiàn)分布、孔隙水壓力分布等數(shù)據(jù)。圖4分別為水位從175 m降至145 m時(shí)無(wú)排水和有排水的滑坡滲流場(chǎng)分布，一般排水管的排水效果可用排水管出水量來(lái)衡量。由于排水管較多，且不同時(shí)刻排水管的出水量變化較大，故通過(guò)排水管出水量衡量排水效果不太合適。排水管的出水量，可以通過(guò)滲流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算結(jié)果中有排水措施條件下坡體地下水位線(xiàn)相對(duì)無(wú)排水措施的地下水位線(xiàn)下降的區(qū)域面積來(lái)表征。因此，本文通過(guò)對(duì)有無(wú)排水措施條件下的地下水位線(xiàn)的對(duì)比分析，計(jì)算獲得庫(kù)位從175 m降至145 m時(shí)設(shè)置與未設(shè)置排水管條件下地下水位線(xiàn)之間的區(qū)域面積S(以下簡(jiǎn)稱(chēng)面積S)，見(jiàn)表6—7；并將面積S(圖5)作為衡量排水效果的指標(biāo)。

注：圖中的數(shù)值為總水頭(m)。圖4 庫(kù)水位從175 m下降至145 m時(shí)滑坡滲流場(chǎng)分布

圖5 庫(kù)水位從175 m降至145 m時(shí)方案16(有排水)與無(wú)排水方案地下水位線(xiàn)之間的面積

3.4.2 安全系數(shù)計(jì)算 根據(jù)有、無(wú)排水措施條件下的滑坡滲流場(chǎng)模擬結(jié)果，通過(guò)Geo-Studio軟件的SLOPE/W模塊，采用Morgenstern-Price方法計(jì)算出1個(gè)無(wú)排水措施的滑坡安全系數(shù)(表5)和30個(gè)有排水措施方案對(duì)應(yīng)的滑坡安全系數(shù)(表6—7)。

表5 庫(kù)水位從175 m下降至145 m無(wú)排水 措施情況下的滑坡安全系數(shù)

水位高程/m175157145安全系數(shù)129411181035

4 排水管布設(shè)方案優(yōu)化

運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)建立排水管布設(shè)參數(shù)(管長(zhǎng)L、傾角θ和排距D，詳見(jiàn)表1)與面積S及安全系數(shù)Fs之間的非線(xiàn)性映射關(guān)系。通過(guò)對(duì)結(jié)果的初步分析，發(fā)現(xiàn)排水效果越好(即面積S越大)時(shí)，滑坡的安全系數(shù)越大，意味著滑坡越穩(wěn)定。當(dāng)滑坡的安全系數(shù)達(dá)到規(guī)范[24]要求的設(shè)計(jì)安全系數(shù)1.10時(shí)，再增大排水效果就會(huì)提升工程造價(jià)。故出于排水方案的經(jīng)濟(jì)性考慮，方案優(yōu)化以面積S最小為目標(biāo)函數(shù)，以滑坡安全系數(shù)Fs大于1.10為約束條件，再利用遺傳算法(GA)在參數(shù)取值范圍內(nèi)搜索出最優(yōu)的布設(shè)參數(shù)?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法的排水管方案優(yōu)化數(shù)學(xué)模型可歸納為：

對(duì)于約束的處理，采用簡(jiǎn)單的罰函數(shù)法。即在計(jì)算目標(biāo)函數(shù)前，首先計(jì)算滑坡安全系數(shù)(表6-7)并判斷其穩(wěn)定性，對(duì)安全系數(shù)Fs小于1.10的方案，在其面積S基礎(chǔ)上加上1 000[25]。

布設(shè)參數(shù)與面積S及穩(wěn)定性FS之間映射關(guān)系模

型為：

式中：F——滑坡排水加固后的安全系數(shù)；S——地下水位線(xiàn)之間區(qū)域面積；L，θ，D——排水管布設(shè)參數(shù)； ANN——BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；n，m——代表網(wǎng)絡(luò)輸入層和輸出層的維數(shù)；h——隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)；p——隱含層數(shù)；Fs——規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，取1.10。

表6 24種排水管布設(shè)方案的滲流和穩(wěn)定性分析

表7 6種排水管布設(shè)方案的滲流和穩(wěn)定性分析結(jié)果

經(jīng)過(guò)遺傳操作，進(jìn)化到第68代，最終搜索出的最優(yōu)方案為：排水管管長(zhǎng)L為26.6 m，排距D為6.88 m，傾斜角θ為7.3o。

5 優(yōu)化效果評(píng)價(jià)

按照上述搜索出的最優(yōu)排水管布設(shè)方案，計(jì)算獲得采用該排水方案加固后的滑坡安全系數(shù)為1.101，比未加固時(shí)的安全系數(shù)1.035(表5)提升了6.4%，使得滑坡從欠穩(wěn)定狀態(tài)提升至穩(wěn)定狀態(tài)，大于規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)安全系數(shù)1.10，滿(mǎn)足安全要求。

6 結(jié) 論

(1) 通過(guò)顆分試驗(yàn)獲得滑體土的級(jí)配曲線(xiàn)，基于滑體土的級(jí)配曲線(xiàn)，采用間接方法，近似確定了滑體土的土—水特征曲線(xiàn)；根據(jù)土體的土—水特征曲線(xiàn)和飽和滲透系數(shù)，嘗試通過(guò)Fredlund &Xing函數(shù)模型預(yù)測(cè)獲得了滑體土的非飽和滲透函數(shù)曲線(xiàn)。

(2) 獲得了臥沙溪滑坡最優(yōu)的排水管布設(shè)方案為：管長(zhǎng)L為26.6 m,間距D為6.88 m,傾斜角θ為7.3°；采用該排水方案加固后的滑坡安全系數(shù)為1.101，大于設(shè)計(jì)安全系數(shù)1.10，滿(mǎn)足滑坡加固安全與經(jīng)濟(jì)的要求。

[1] 肖詩(shī)榮,胡志宇,盧樹(shù)盛,等.三峽庫(kù)區(qū)水庫(kù)復(fù)活型滑坡分類(lèi)[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào),2013,30(11):39-44.

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Layout Optimization of Horizontal Drainage Pipes for Typical Hydrodynamic Pressure Landslide in Three Gorges Reservoir Area —A Case Study at Woshaxi Landslide

ZHANG Zhenhua1,2, WANG Liang1, LIU Wu1

(1.SchoolofCivilEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei,Anhui, 230009,China; 2.CollaborativeInnovationCenterforGeo-HazardsandEco-EnvironmentinThreeGorgesArea,Yichang,Hubei443002,China)

[Objective] In order to reduce the hydrodynamic pressure of such pressure induced landslide and improve the slope stability, horizontal drain pipes were built in a potential landslide slope using a optimized layout scheme to provide references for reinforcement design for similar landslides. [Methods] Grain size distribution curve of sliding mass was obtained by size distribution testing firstly. Based on which, the soil-water characteristic curve of sliding mass was determined approximately and indirectly, and permeability function of sliding mass was predicted by Fredlund & Xing function model. Uniform design method, finite element method, neural network and genetic algorithm were taken to carry out the optimization of the layout scheme of horizontal drain pipes. [Results] The optimized scheme for Washaxi landslide had a pipe length of 26.6 m, a spacing distance of 6.88 m and a dip angle of 7.3o. [Conclusion] If the optimized scheme is adopted to reinforce the landslide, the factor of safety is 1.101, which is greater than design factor of safety 1.10. The scheme could satisfy the requirements both in safety and economy.

hydrodynamic pressure landslide; permeability; horizontal drainage pipes

2016-06-19

2016-06-30

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“水庫(kù)運(yùn)行期消落帶紅層砂巖強(qiáng)度劣化的物理化學(xué)機(jī)制研究”(51579063)，“水庫(kù)岸坡消落帶紅層砂巖軟化崩解機(jī)理及強(qiáng)度演化規(guī)律研究”(51579063); 中央高?；究蒲袑?zhuān)項(xiàng)(JZ2015HGBZ0480)

張振華(1977—),男(漢族),福建省政和縣人,博士,教授,主要從事水庫(kù)岸坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)與加固研究。E-mail:zenithzhang@sina.com。

王亮(1990—),男(漢族),河南省泌陽(yáng)縣人,碩士研究生,研究方向?yàn)樗そY(jié)構(gòu)。E-mail:wangl0154@163.com。

10.13961/j.cnki.stbctb.2016.1205.001

B

1000-288X(2016)06-0139-07

TV697.3

文獻(xiàn)參數(shù)： 張振華, 王亮, 劉武, 等.三峽庫(kù)區(qū)動(dòng)水壓力型土質(zhì)滑坡排水管布置優(yōu)化[J].水土保持通報(bào)，2016,36(6)：139-145.