地下水和积水(Groundwater and Ponded Water)边坡的FOS和滑动面估算---FLAC/Slope验证

1 引言

在【积水池(Ponded Water)边坡稳定性分析: HYRCAN, SLIDE, PLAXIS LE的结果比较】中，使用PLAXIS LE计算积水边坡的稳定性，发现滑动面出现异常。后来反复检查其中的原因，发现只要水位上升到一定高度，就会出现这种情况。这个笔记首先通过FLAC/Slope计算不同水位下边坡的安全系数和滑动面范围，然后用FLAC/Slope检查了这个例子。

2 问题陈述

首先使用手册中的例子检查不同水位下边坡的稳定性。这个例子边坡由两层土组成，如下图所示。

3 问题解答

我们将在一个slope.psl项目中建立多个模型。我们首先计算没有水位的情况下边坡的安全系数，然后再分别考虑不同水位情况下的边坡稳定性。FLAC的项目管理做得很好，非常容易进行参数分析与比较。

(1) 没有水位(Model 1)

当地层中没有水位的情况下，计算的安全系数FOS=1.607, 从下图可以看出，边坡的滑动面范围较小，基本上发生在上层土(Upper Soil)中。

(2) 初始水位(Model 2)

在模型2中，增加了题目初始的水位，即最低水位距边坡底面1m。显然边坡的稳定性应该降低。计算的安全系数FOS=1.443，从下图可以看出，滑动面的范围显著扩大。

当有地下水位时，安全系数计算是由模型的有效应力状态来控制的。水的密度值被用于计算孔隙压力分布，然后用于确定地下水位以下所有区域的有效应力。水位的位置被用来确定是用非饱和密度还是饱和密度计算土的重量。单元中心点位于地下水位以上为非饱和密度，分配到模型中所有单元；单元中心点位于地下水位以下为饱和密度，分配到模型中所有单元。

(3) 水位上升(Model 3)

在模型3中，假定边坡上游的水位不变，把下游水位上升至边坡底面，计算的安全系数FOS=1.393, 与模型2相比较，滑动面的深度稍微上移，但范围基本相同。

(4) 水位上升(Model 4)

在模型4中，边坡内的水位继续上升1m，变成了池水(Ponded Water)，池水会对边坡底部和边坡面产生水压力，预想的边坡安全系数应该是上升而不是下降。结果计算的安全系数FOS =1.404, 比模型3的1.393高了少许。滑动面和塑性指示器(Plasticity Indicator)如下图所示。

(5) 水位上升(Model 5)

在模型5中，边坡内的水位继续上升至2m, 由于水压力的作用，计算的安全系数FOS=1.447,滑动面和塑性指示器如下图所示。

4 先前例子的FLAC/Slope解

现在我们使用FLAC/Slope检查【积水池(Ponded Water)边坡稳定性分析: HYRCAN, SLIDE, PLAXIS LE的结果比较】的例子，为了方便起见，把这个例子命名为Model 6, 克 隆Model 5, 然后修改计算条件。计算的安全系数FOS=1.334,极限平衡法计算的安全系数FOS=1.311(M-P)。

滑动面和塑性指示器如下图所示。 

由此可以得出初步结论，PLAXIS LE可能在计算水压力时出现了错误，没有把水压力正确地施加到边坡边界上。