降雨条件下公路边坡稳定性数值分析
降雨影响边坡稳定性数值模拟研究
降雨影响边坡稳定性数值模拟研究◊陕西铁路工程职业技术学院吴培元马玉真■----------------------对易失稳黄土边坡进行数值模拟时，考虑引起滑坡的因素就不得不考虑降雨的影响，地表降水会侵蚀黄土边坡，入渗严重，并且黄土吸水后，强度显著降低，以白塔山地区边坡为例，进行降雨状态下边坡三维数值模拟分析，降雨后边坡的水平位移和竖向位移显著增大，变形区域增加，边坡失稳，逐渐发展成滑坡灾害。
长期降雨对黄土边坡稳定性影响严重，黄土具有较高湿陷性，降水集中地区易发生滑坡灾害，我国黄土分布广泛，随着 我国基建的不断发展，黄土边坡引起人们重视，研究者们取得了很多研究成果，田佳等血研究了降雨对云杉林边坡的影响，朱志勤等呦研究了降雨对于路堤边坡渗流的影响,孙萍等网进行了降雨条件下黄土边坡的现场试验。
本文以兰州白塔山地区黄土边坡为例，进行有限元分析，建立实体边坡模型，还原真实边坡土层，模拟降雨对于边坡稳定性的影响，从水平位移、竖向位移和边坡稳定系数三个方面的变形进行分析，以期为类似工程依据。
1黄土边坡有限元模型1.1边坡模型以兰州碑林区边坡滑坡的治理为例，从该地区选取易失稳边坡进行有限元分析，由上至下地层参数为人工填土弹性模量4.2MPa、内摩擦角27。
、粘聚力39kPa,夹层弹性模量5MPa、内摩擦角10°、粘聚力12.5kPa,马兰黄土弹性模量8MPa、内摩擦角19。
、粘聚力23 kPa,黄土状沙黏土弹性模量40MPa、内摩擦角10。
、粘聚力27kPa,粉细砂及砾卵石层弹性模量80MPa、粘聚力25 kPa。
边坡长64 m,坡高41m,边坡宽17m,坡脚位置处有30 m的公路平台。
具体边坡模型尺寸见图1。
1.2降雨模式黄土具有较强的湿陷性，黄土边坡滑坡灾害成因，与降雨是分不开的，白塔山地区虽然较干燥，但是降雨比较集中，黄土边坡在降雨作用下易产生滑坡，需进行降雨状态下边坡的有限元分析。
根据当地气象资料和前人经验进行降雨模拟，主要是针对降雨的时间和强度。
降雨作用下土质边坡稳定性分析
降雨作用下土质边坡稳定性分析摘要：强降雨是边坡发生失稳破坏的主要诱因之一，而边坡失稳破坏会对安全与经济造成极大影响。
本文通过不同降雨强度工况的模拟分析：降雨会导致边坡发生塑性破坏，最大塑性应变出现在坡脚位置；随着降雨的持续进行，边坡稳定系数逐渐减小且在特大暴雨作用下坡安全系数随时间减小的速度明显加快。
关键词：边坡稳定；降雨入渗；塑性应变；安全系数0 引言边坡的内部变形较为复杂，大量工程实践表明，边坡失稳破坏大多存在水的活动痕迹。
而其中强降雨[1]对于边坡发生失稳破坏有着较大影响。
在降雨条件[2] - [3]下，边坡受后缘张裂隙和潜在滑面中的水压力驱动，将导致边坡滑移破坏发生，具有突发性和隐蔽性，常常因引不起人们的注意而造成大规模的地质灾害。
近年来，对于降雨对边坡稳定性的研究，国内外学者做了大量的工作。
而且相互研究方向略有不同，主要包括研究前期降雨对后期边坡长期的稳定性影响以及强降雨作用下对边坡稳定性的影响。
而强降雨作用下边坡失稳有突然、破坏性强等特点，因此针对强降雨作用下边坡失稳的研究并提前做好防护措施，有着较大的实际意义。
1.降雨作用下的边坡数值模拟1.1 计算模型和分析工况本文采用二维数值模拟，模型整体高度65m,边坡高度为35m，长度为131m，坡角28°，属天然边坡，建立的模型尺寸和网格划分如图1 所示。
图1天然边坡降雨入渗二维数值分析模型Fig. 1 2D numerical analysis model of rainfall infiltration innatural slope其中土体材料的本构模型采用 Mohr-Coulomb，边界条件有以下3种：①初始水头；②降雨边界③静力边界。
其中，初始水头包括模型左侧总水头54.5m，右侧总水头18m；降雨边界包括 50mm/d、100mm/d和200mm/d等3种工况；静力边界即左/右侧约束X方向位移，底部约束X、Y向约束。
降雨作用下的工程边坡稳定性的影响分析
降雨作用下的工程边坡稳定性的影响分析摘要：利用Geostudio模拟软件降雨对边坡稳定性的影响，主要分析降雨类型、降雨强度以及持续性降雨的影响，并简要探讨响应的加固措施。
主要结论如下：（1）不同类型降雨类型对边坡安全系数影响较大，边坡的安全系数的降低随着降雨强度呈正相关，中心型降雨作用下边坡安全系数最小。
（2）边坡在100mm/d和150mm/d的大暴雨情况下在48小时候边坡安全系数降为最低0.99和0.94，安全系数都小于1.3，依据前面边坡稳定性评价标准规定，需对坡体进行加固处理。
（3）考虑降雨强度30mm/d，持时12天后，边坡的稳定系数小于1.0，此时边坡失稳。
（4）降雨作用对边坡的稳定性影响较大，宜注意排水措施，根据实际情况采取相应的坡面防护。
关键词：边坡；降雨；防护措施；数值模拟1/61引言针对降雨对边坡稳定性影响方面的研究，国内外相关的学者进行了大量的研究工作。
广泛研究已表明滑坡灾害的发生与降雨天气具有紧密相联，降雨是引起滑坡破坏主要因素之一。
目前，有限元数值分析是一种较为常见的分析降雨作用下边坡稳定性的方法。
周家文等[1]研究降雨作用下非饱和边坡有限元渗流，发现降雨过程中，前表层土体出现瞬态饱和，边坡稳定性系数逐渐降低。
降雨结束后，边坡的稳定性继续降低，随排水增加而逐渐恢复。
蒋中明等[2]结合GeoStudio模拟软体分析某高速公路软岩边坡长期降雨条件下的渗流情况，将边坡的到渗流场导入有限差分软件FLAC3D分析其稳定性。
降雨结束后一天时间内，边坡稳定性系数仍持续降低，由于雨水逐渐排除，边坡稳定性逐渐上升，随着降雨结束后时间延长，岩土体由于软化特性导致边坡稳定性又会逐渐下降。
Adarsh S. Chatra等[3]结合FLAC3D 软件分析降雨条件下的边坡的稳定性分析，研究降雨强度及持时对边坡的孔隙水压力，土体位移等指标的变化。
鉴于前人已有的研究成果，本文利用Geostudio软件模拟降雨对土质边坡稳定性影响，分析降雨类型、降雨强度以及持续性降雨的敏感因素，在此基础上简要探讨响应加固措施。
降雨对边坡稳定性的影响分析
降雨对边坡稳定性的影响分析钟宇李果贵阳市交通委员会贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司摘要：本文以遵义市内某高速公路收费站附近边坡作为项目背景，通过专家调查法进行各风险因素权重打分，得出项目的安全等级，进而利用Geo Studio软件对影响边坡安全的降雨因素进行分析研究。
通过分析研究得到:边坡的安全系数随着降雨强度的增加而减小;同等降雨强度条件下安全系数随着降雨时间的增加而减小;在同等降雨量的情况下，降雨持续时间的影响程度小于降雨的强度。
关键词：路堑边坡;稳定性;专家调查法;GeoStudio;作者简介：钟宇(1973-)，男，高级工程师，主要研究方向:交通运输规划与管理。
;引言随着交通行业的大力发展，公路沿线不可避免地会出现高填深挖现象，其中路堑高边坡为影响公路安全的最主要因素之一。
我们在对边坡的危险性进行分析研究的时候，一般会经历风险源的识别、主(次)要影响因素的评估、解决潜在不安全隐患几个步骤。
刘保国等[1]利用模糊网络分析方法建立了山区隧道风险因素的评价体系，并利用专家分析法建立关系矩阵，对影响路堑边坡安全的单因素进行分析;唐栋等[2]采用均质土进行试验研究，在保证土体渗透系数不变的前提下改变降雨强度，分析边坡体的稳定性变化规律;姚海林等[3]通过对存在裂隙的边坡体进行研究发现:裂隙的存在会改变岩土体内部的孔隙水压力，进而改变边坡的受力状态，危及边坡的安全。
本文对遵义市内某公路边坡进行风险识别研究，并找出主控因素，从而尽可能地减小主控因素的影响，保障边坡的后续运营安全。
1 工程实例分析1.1 工程概况该项目位于遵义市某高速公路收费站距离500m左右的匝道路堑边坡，区内属于亚热带季风气候，年最高气温达39℃，年平均气温为15℃，降雨较为集中，分布于每年的5到10月，该路堑高边坡原始坡面角度大致处于10°到250°之间，岩层产状为123°∠19°，坡面倾角为123°∠30°，边坡的原始设计为1∶1.5的放坡方案，并增设2m平台台阶，放坡高度达到60多米，在开挖的过程中，由于卸荷使得应力重新分布，边坡后缘出现张拉裂隙，危及公路的正常使用安全，需加强边坡的防护治理，最终增设锚索以及框架植草进行防护。
强降雨条件下边坡稳定性的数值分析
道
建
筑
８ ７
Ｒａ ｉ ｌ ｗａ ｙ Ｅｎ ｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
文章 编号 ： １ ０ ０ ３ — １ ９ ９ ５ （ ２ ０ １ ３ ） １ １ － ０ ０ ８ ７ － ０ ３
强 降 雨 条 件 下 边 坡 稳 定 性 的 数 值 分 析
降雨 、 融 雪 和 地 下 水 的渗 透 作 用 是 滑 坡 的 外 因。
降雨 、 融 雪形 成 的地 表水 下 渗 到 土 体 的孔 隙 和 岩石 的 裂隙中， 加 大滑坡 体 的重量 ， 同时使 土石 的抗 剪强 度 降
低 。此外 ， 渗透水 流 过透水 层 到不 透水 的面层 ， 形 成 了
６ ｈ 暴雨、 最大 ２ ４ ｈ 暴 雨 和最 大 ７ ２ ｈ暴 雨 。
２ ． ２ 确 定 降 雨 前 的 真 实 状 态
水层 ， 将 引起 流砂 或砂 层剪 切 破坏 ， 在不 透水 层上 的结
合层 （ 滑动层 或 滑动 带 ） 中， 土颗 粒 将 因之 发 生 塑 性破
坏 。 因此 ， 边 坡 中 的水将加 剧 滑坡 的发 生 。
３ 工 程 实例 分 析
３ ． １ 数 值 模 型 的 建 立
Ｄ Ｉ Ｓ Ｃ Ｈ Ａ Ｒ Ｇ Ｅ＋渗 流通 量 ” （ 渗 流 通量 由 降雨 量 计 算 得
到） 命令 ， 可 分 析不 同降雨 强度 对边 坡稳 定 性 的影 响。
江 西永 平铜 矿大规 模 生产性 开采 至今 已有 二十多
ｍｍ ／ ｈ ； 为 边坡 坡角 。
Ａ Ｇ Ｅ＋实 际 时间 ” 命 令 可实 现 对 降雨 时问 的控 制 ） ， 根 据模 拟 结果 分析 降雨对 边坡 稳定 性 的影响 。
降雨条件下公路路基渗流特性及边坡稳定性分析
降雨条件下公路路基渗流特性及边坡稳定性分析摘要：随着我国经济的快速发展，公路建设活动不断增多，使得高填深挖路基建设不断出现，而施工环境下持续较长时间的降雨会给公路施工及路基带来极大破坏，产生滑坡等各种灾害。
基于此种状况，在降雨环境下，需要对公路路基边坡失稳现象进行深入的规律性研究，然后从定量化的分析中对降雨所造成的现象进行有效的防御，确保公路建设施工的高效性。
关键词：降雨条件；公路路基；渗流特性；边坡稳定性；分析在公路工程的建设中，边坡稳定问题一直是研究活动的难点和热点。
近年来，随着国民经济的快速发展，公路交通事业呈现快速发展的趋势，公路等级也体现出越来越高的特性，在经济发展的大环境及城市化进程不断加快的前提下，公路施工所面临的环境现象也在日益复杂，所以如果不能在复杂的环境及自然因素的影响下处理好边坡问题将严重的影响正常施工[1]。
一、降雨条件下公路路基渗流特性分析（一）理论分析一般而言，路基渗流体现了空间与时间的一体化动态过程，就影响因素而言，降雨时间、降雨强度、土体的初识含水率、土壤基本性能、入渗面的吸力及破土状况等都会对其产生直接的影响。
所以，就实际情况进行分析时，降雨条件下的边界现象一般有两种：一种是降雨强度高于路基土体的入渗能力，这就造成了降雨不能实现完全的渗入，这就会产生一定程度的积水或者地表径流，基于此种状况可以应用定水头边界条件；另一种则是降雨强度低于路基土体的入渗能力，这样的现象会使得降雨完全渗入到路基土地当中，这时便可使用流量边界条件，且这种状态下的边界条件为流量定量化[2]。
通常来看，降雨活动有两个过程的划分。
基础阶段表现为地表水势梯度较大，具有较高的雨渗度，此过程主要体现了对流量的控制，并没有自由入渗或者压力入渗的现象。
随着降雨强度的加大，雨水入渗逐渐加大，而路基梯度和水势以及入渗率都在呈现出不断降低的现象，当其逐渐小于降雨强度时，会出现路基土体饱和区域前进的缓慢现象，甚至于在达到饱和顶点之后直接停滞不前，出现水头边界条件。
降雨边坡的稳定计算
降雨边坡的稳定计算
1. 极限平衡法：这是一种传统的边坡稳定分析方法，它基于静力平衡原理，考虑了土体的抗剪强度、重力、静水压力和外部荷载等因素。
在降雨条件下，可以通过计算不同降雨强度下的土体抗剪强度和静水压力，来评估边坡的稳定性。
2. 有限元法：这是一种数值计算方法，它将边坡划分为多个小单元，并通过求解每个单元的平衡方程来计算整个边坡的稳定性。
在降雨条件下，可以通过考虑不同降雨强度下的土体渗流和饱和度变化，来评估边坡的稳定性。
3. 概率分析法：这是一种基于概率统计的方法，它考虑了降雨的随机性和不确定性。
通过建立降雨强度和边坡稳定性之间的概率关系，可以评估不同降雨强度下边坡的稳定性。
4. 现场监测法：这是一种通过现场监测数据来评估边坡稳定性的方法。
在降雨条件下，可以通过监测边坡的位移、应变和地下水位等参数，来评估边坡的稳定性。
需要注意的是，以上方法都有其适用范围和局限性，需要根据具体情况选择合适的方法进行分析。
同时，在进行降雨边坡稳定计算时，还需要考虑土体的性质、边坡的几何形状、降雨的强度和持续时间等因素。
降雨条件下边坡稳定性FLAC3D数值分析_楼晓昱2014公路与汽运
为砂土。基岩的物理 力 学 参 数 如 下：弹 性 模 量 Ｅ ＝ ２０ ＧＰａ，泊 松 比υ＝０．２２，粘 聚 力ｃ＝８０ｋＰａ，内 摩 擦 角φ＝５５°。
滑体在正常状态下的 饱 和 度 为 １６．５％，在 降 雨 条件下，滑体土 体 的 饱 和 度 逐 渐 增 加。 为 了 考 虑 降 雨这一单一因素对 滑 体 稳 定 性 的 影 响，假 设 降 雨 只 会对将滑塌土体的 力 学 参 数 产 生 影 响，而 不 影 响 基 岩的物理参数。通 过 参 考 相 关 文 献 实 验 数 据，得 到 滑 体 物 理 力 学 参 数 与 饱 和 度 的 关 系 （如 表 １ 所 示 ）。
关 键 词 ：公 路 ；边 坡 ；强 度 折 减 法 ；稳 定 性 分 析 ；安 全 系 数 ；ＦＬＡＣ３Ｄ 中 图 分 类 号 ：Ｕ４１６．１ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７１－２６６８（２０１４）０１－０１０３－０４
自 Ｗ．Ｆｏｌｌｅｎｉｕｓ提 出 圆 弧 滑 动 法 以 来，已 经 出 现 许 多 分 析 边 坡 稳 定 性 的 方 法 ，包 括 极 限 平 衡 法 、数 值模拟方法等。极限平衡法通常只能在静态平衡条 件 下 、基 于 摩 尔 － 库 伦 破 坏 准 则 进 行 计 算 分 析 ，即 通 过土体破坏时对土 体 进 行 受 力 分 析 来 求 解 问 题，计 算过程中需要将边 坡 土 体 假 设 为 刚 体 进 行 分 析，解 决不了边坡变形的 分 析 问 题，同 时 求 解 的 边 坡 安 全 系数不够准确。而用数值模拟方法对边坡的稳定性 进行分析计算，可以 避 免 在 极 限 平 衡 方 法 中 将 土 体 假设为刚体的不足，根 据 土 体 的 实 际 变 形 情 况 考 虑 土体的弹 塑 性 本 构 关 系 及 土 体 变 形 对 应 力 的 影 响 等。有限差分软件 ＦＬＡＣ３Ｄ 数值模拟可以反映 在 开 挖过程中边坡的 应 力、变 形、位 移、塑 性 区 的 发 展 等 信息，利用 ＦＬＡＣ３Ｄ 内 置 的 强 度 折 减 法 能 准 确 确 定 潜在滑动面并计算边坡安全系数。因而强度折减法 在岩土工 程 界 得 到 了 较 为 广 泛 的 应 用，如 Ｄａｗｓｏｎ Ｅ．、杨光等通过具体工 程 实 例 对 边 坡 安 全 系 数 进 行 求 解 ，并 得 到 了 较 好 的 结 果 ；陈 星 等 对 比 了 基 于 不 同 数值分析软件的强 度 折 减 法 的 应 用 效 果，并 分 析 了 其优、缺点；王泽根、陈 新 泽 等 分 析 了 基 于 强 度 折 减 法对边坡 稳 定 性 进 行 计 算 的 影 响 因 素。 该 文 采 用 ＦＬＡＣ３Ｄ 内置的强度折减法 分 析 降 雨 条 件 下 边 坡 的 稳定性。
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作者简介： 李
赞（９７ ） 男， １８． ， 东南大学 ＩＳ中心硕士研究生， Ｔ 江苏 南京 ２０９ １０６
２０ ９ １０ ６
康 荣根 （ ９ ８ ， 东南 大学 ＩＳ中心硕 士研 究 生 ， 苏 南京 １ ８ ．） 男， Ｔ 江
第 ２ １ ２ ８ １ ２ ０ 年 智 ３卷 月
李 赞 ：雨 件。 坡 定 数 分 。 等降 条 下 路 稳 性 值 析 公边 “
ｌ ｎ ａ ｌ ｌ ｉｇ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｅ ｈ ｉｕ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｔ ｃｉｎ ｆｅｄ，ｄ ｓ ｒｂ ｓ ｔｅ ｉ ｌ ｍｅ ｔｔ ｎ ｏ ｅ ｒ ｇ ｌ ｔ ｎ ｎ ｔ ｅ ａ ｐ ｃ ｆｐ ｒｏ ｎ ｌ ｉｔ — ｏ ｇ ｒ ｉ ｗｅｄ ｎ ｏ ｔ ｌ ｇｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ｉ ｏ ｓ ｕ ｔ ｌ ｏｉ ｈ ｒ ｏ ｉ ｅ ｃ ｅ ｍｐ ｅ ｎ ａ ｏ ｆｔ ｅ ｕ ａｉ ｓｉ ｓ ｅ ｔ ｅ ｓ ｎ ｅ ｓｒ ｉ ｈ ｉ ｈ ｏ ｈ ｏ ｄ ｉ
ｂ ｔ ｎ，ｍａｅ ａ ｎ ａ ｅ ｎ ，ｃ ｎ ｔ ｃ ｉｎ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｕｉ ｏ ｔｒ ｌｍａ ｇ ｍｅ ｔ ｏ ｓｒ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｙ，ｅ ｕ ｐ ｎ ｎ ｅ ｔ ｎ ｎ ｕ ｅ ｖｓ ｎ Ｏ ｏ ｗｈ ｃ ａ ｅｔ ｒｇ ｉ ｉ ｇｓｇ ｉ ｃ ｎ ｅｆ ｒ ｉ ｕ ｏ ｑ ｉｍｅ ｔｉｖ ｓｍｅ ｔ ｄ ｓ ｐ ｒ ｉ ａ ｄ Ｓ ｎ， ｉ ｈ ｈ ｓｂ ｔ ｄ ｎ ｉｎ ｆ ａ ｃ ｏ ａ ｅ ｅ ｕ ｉ ｆ ｔ ｒ ｖ ｂ ｅ ｃ ｎ ａ ｔ ｇ ｗｅｄ ｎ ． ｕ ｕ ｅ ｍｏ ａ ｌ ｏ ｔｃ ｉ ｌ ｉ ｇ ｎ
看出潜在滑动面 的形成过程 。参数未折 减时 ， 脚未 出现塑性 变 坡 当降雨 强度小于 土壤入 渗 能力时 ， 雨完 全入 渗 ， 于定 流 形 。随 后 ， 脚 塑性 区 出 现 ， 逐 渐 向坡 顶 发 展 ， 终 在 ：１７ 降 属 坡 并 最 ．６ 量边界 ， 可表示 为 ： 时形成贯通 ， 坡便 失稳破 坏 ， 边 而计算 也 出现不 收敛 。但 是安 全
和土来 说 ， ｈ— ｏｌｍ ＭｏｒＣ ｕ ｂ强度 准则 已得 到 广泛 的应 用 ； 于非 饱 ｏ 对
由于雨水 入渗或地下水位埋藏较 浅 ， 和区和非 饱和 区的地 饱 和土来 说 ， 由于负压 的存 在 ， 其抗剪 强度变得极 为 复杂 ， 统 的公 下水运 动是互 相联 系 的， 传 应将 两者 统一 进行 研 究 ， 即饱 和一 非饱 式 已不 再适用 ， 因此在 进行边坡稳定分 析时如何 确定非饱 和 土的 和渗 流问题 Ｊ 。其 二维渗流控制方程为 ：
变形和保证边坡 稳定性具有重要意义 。 国内外 学者对降雨 条件 下边 坡稳定 性分 析进 行 了很 多 的研 究 。Ａｏ ｓ ｌ ｏ等 采用 考虑 空气压 力变 化耦 合 的渗 流分 析方 法计 ｎ
（ 一 。和 （ 一 ） “ ） 两个应力状态变量来描绘其抗剪 强度 。该 公 式能平顺地过 渡到饱 和土 的抗剪 强度公 式 ： 当土接近饱 和 时 ， 孔 隙水压力 Ⅱ 仲接近孔隙气压力 ｕ ， 。基质吸力趋 于零 ， 中的基质 吸 式
２ ２ 降雨奈 件 下边坡 稳 定性分析 ．
２ ２． 孔 隙水压力分析 ． １
由图 ４可见 ， 降雨入渗后 ， 孔隙水 压力分 布有很 明显 的变化 ， 假设路面为不透水边界 ， 边坡 为透水边 界。饱和渗 透系数 取 但 总体 而言 ， 仍然表 现为基 质 吸力 。随着 降雨 的持 续 ， 斜坡 顶部 ｋ ： ． １ ／ 。由于考 虑地 下水 位 的影 响 ， ０ ０ ８ｍ ｈ 需设 置孔 压 Ｐ边 界 以下高 于设定值 的吸力 区范 围不 断减小 ， 即基 质 吸力不 断减 小 。
力项消失 ， 从而成为饱 和土 的抗 剪强度公式 。若 将基 质吸力看 作 是提高土体粘 聚力 的一个 因素 ， 作为 土体粘 聚力 的一 部分 ， 总 取
的粘 聚 力 为 ： ｃ ＝ ＋（ 一Ｍ ）ａｇ ｃ Ｍ ｔｎ 。 ｏ （） ２ （） ３
算 了渗流场 ， 并与极 限平 衡法 相结 合 ， 分析 了降雨 入渗 对边 坡稳
在非饱和 区 日为非饱和流总水头 ， ＾为毛细管压力水头 ； ｙ为 其 中 ， 为土 的有效粘 聚力 ； 一 。 为有效法 向应 力 ； 为土 水头 ， ｃ （ ｕ） ｏ ｇ
［ ］ Ｔ ／ ６ ８２ － ０ 工务作 业 第 ２ ２ Ｂ Ｔ２ ５ ． １２ ７， ０ ｌ部 分 ： 轨焊 缝超 声波 钢
０ 引言
边坡稳定 问题 历来 是减灾 防灾 领域 是影 响 边坡 稳定 、 导致 边 坡失 稳 破坏 的主要 因 素 。降雨会 降低 岩土体的抗剪强度 ， 抬高地 下水位 使得孔 隙水压 力升高 。因此 ， 研究 降雨条 件下 的边坡 稳定 性 问题 ， 控制 路基 对
Ｋ ｙｗｏｄ ： ｉ —ｐｅ ａｗ ｙ ｌｎ ｉｗ ｌｉｇｉ ｅｃｎｔ ｃｏ ｅ ， ｏｔ ｌ ｅｈ ｏｏｙ ｅ ｒ ｓ ｈｇ ｓｅｄｒｉ ａ ，ｏ ｇｒ ｌ ｅｄｎ ｔ ｏｓ ｔ ｎｆｌ ｅｎｍ ｃｎｌ ｈ ｌ ａ ｎｈ ｕ ｒ ｉ ｉｄ ｔ ｇ 收 稿 日期 ：０ １０ —７ ２ １ －９ ０
雨径 流。此时的边界 条件 可视 为定水 头边 界 ， 忽略径 流 深度 ， 若
可简化 为 ：
ｈＩ＝ ，。 （） ５
基 质 吸 力
Ｐ ａ
饱 和度 ｓ
图 ２ 吸 湿 曲线 图 和 渗 透 系 数 曲 线 图
２ １ 非 降雨 条件 下边坡 稳 定性分 析 ．
等效塑性区云图 （ Ｅ Ｑ图 ） 展变化 分析 ： 图 ３可 以明显 ＰＥ 发 由
关键 词 ： 降雨， 数值模拟 ， 边坡 稳定性 中图分 类号 ：４ ６ １ Ｕ １ ．３ 文献标识码 ： Ａ 的有效 内摩擦角 ； ｕ 一 为 基质 吸力 ； 为抗 剪强度 随基质 吸 （。 “ ） ｏ ｇ 力而增加 的速率 。 非饱 和土 的抗剪强 度公 式是饱和土抗 剪强度公 式 的延 伸 ， 由
探 伤作业 ［ ］ ｓ．
Ｄｉｃ ｓ ｏ ｏ ｈ ｏ ａ ｌｗｅ ｄｉ ｓ ｕｓ ｉ ｎ ｎ ｔ ｅ ｌ ｎｇ ｒ ｉ ｌ ｎｇ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎｇ ｔ ｃ ｉ ｅ ｉ ｔ ｏ ｔ ｕｃ ｉ ｎ ｅ ｄ ｏ ｔ ｏ ｌ ｅ ｈｎ ｑｕ ｎ ｈｅ ｃ ｎｓｒ ｔｏ ｆ ｌ ｉ ｉ
Ｐ一 －， Ｙ ２－
・３ ・ １ ９
（） ７
位置水头 ； ， ｋ 分别为 ， 向的渗透 系数 ； 为时 间； Ｙ方 ｔ Ｃ为 比水
容 。对于 降雨入 渗上述 控制方程 的定解条件应考虑 以下几 点 ： １ 降雨人渗初始条件 。 ） 进行有地 表人渗的饱和一非饱 和非稳定 渗流场模 拟时 ， 首先 要给定计算 区域 的初始水 头场 。雨水 的入渗 对初 始 的渗流 场 比
・
１８・ ３
第３ ８卷 第 ２期 ２０１２ 年 １月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨⅡ ＥＣＴＵＲＥ
Ｖ０ ． Ｎｏ． １３８ ２
Ｊ ｎ ２ １ ａ． ０２
文章编号 ：０ ９ ６ ２ ２ １ ０ ・ １ ８０ １０ —８ ５（０ ２）２ ０ ３ —３
定性 的影 响 。吴宏伟 、 陈守义 研究 了雨水入渗对 非饱和土坡 稳 定性影 响 ， 针对我 国香 港地 区的典 型非饱 和 斜坡 ， 研究 了 降雨 特
将式 （ ） 入式（ ） ： １代 ２得
ｆ＝ｃ ＋（ 一ｎ ）ａｇ 。ｔ ｏ ｎ
征 、 文地质条件及坡 面防渗处 理等 因素对暂态 渗流场 和斜坡 安 水
抗剪强 度公 式就显得至关重要 。 目前 ， 到岩 土界广泛认 可 的是 得 Ｆｅｌｎ ｒｄｕ ｄ提出的双参数模 型 ：
ｆ＝ｃ 一Ｕ ）ａｇ＋（ 一 ）ａ ｇ ＋（ ａｔｎ ｏ “ ｔｏ ｎ （） １
［ ］ ＝ ＋ ， ｃ 【 】
ｃ ４ ，
其中， 日＝ｈ＋ｙ 在饱 和 区 为饱 和 流总水头 ， ， ｈ为渗 透压力
Ｉ ＝ ｔＣＳ￣ Ｒ（）ＯＯ （ ） 系数需取不收敛 的上一步折减 的系数 ， ６ 即取为 ＝１７ 。 ．５
其中， ｚ为人渗点的相对高程 。
其 中 ， 随时问变化 的降雨强度 ； Ｒ为 为土坡的坡率 。
２ 数 值 计算
本文采用强度折减有 限元分 析理论 ， 利用大 型工程计 算软 件 Ａ ＡＵ Ｂ Ｑ Ｓ进行计算 。取 一边坡模型 ， 为 ５ 左边高 １ 右边 宽 ０ｍ， ０ｍ， 高 ３ ０ ｍ。右边水平部 分为边 坡坡脚 的道路 层。坡 面 由坡脚 向上 变缓 ， 坡脚依次 为 ３ 。 ２ 。划 分网格的边坡模型如 图 １所示 。 ４和 ２，
全系数 的影 响。本文拟对降雨条件 下边坡 的渗 流规 律进行 研究 ， １ ２ 降 雨入 渗理 论 ． 降雨入渗 实质上是水分在土壤饱气 带 中的运动 ， 是一个 涉及 以确定 土体 内孔隙水压力和位移 的变化规 律 ， 而对边坡 稳定 性 从 两相 流的过程 ， 即水在下渗 时驱 替空气 的过 程 。降雨 入渗 是一个
进行评 价。
１ 降雨 条件 下边 坡 稳定 分析 １ １ 非饱 和土 抗 剪强度 理论 ．
动态 的、 随时 间和空 间变 化 的过程 。一 般 降雨 过程 可分 为 ： 开始
阶段 ， 地表的含水率梯度很大 ， 入渗率很 高 ， 般而言 大于 降雨强 一
度， 属于无压人渗 ； 随着 入渗 的进行 ， 水率 梯度 不 断减小 ， 含 入渗 土体 的抗 剪强度是指土体抵抗 剪切破坏 的极 限能力 ， 是土 体 率也不 断降低 ， 当小于 降雨强度 时 ， 开始 形成地 表径流 或积水 ， 形 的重要力学 性质之一 ， 其指标对 边坡稳 定性 的影响显 著。对于饱 成有压入 渗。
ａ 参数 来折减前 ） ｂ 参数折 减后 （ １ ５ ） ＝ ． ） ６
图 １ 边 坡 模 型
ｃ 参数折减后（ １ ０ ） ＝ ． ） ７