降雨条件下花岗岩残坡积土路堑边坡稳定性研究

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1、降雨条件下花岗岩残坡积土路堑边坡稳定性研究：基于多孔介质饱和—非饱和渗流理论和非饱和土抗剪强度理论，采用极限平衡法与降雨渗流有限元相结合的方法，选取大庆—广州高速公路江西里仁—龙南段某典型高路堑边坡，利用岩土仿真软件GeoStudio建立模型，研究降雨条件下花岗岩残坡积土路堑边坡失稳破环的形态和机理。结果表明：随着降雨的进行，边坡中地下水位从坡脚处开始抬升，边坡坡脚处容易产生“小弧”滑动破坏；土体体积含水量的增加使得基质吸力下降，从而降低土体强度和边坡的安全系数，且基质吸力与安全系数的下降幅度基本同步；降雨强度

2、对边坡的安全系数有较大影响，小雨阶段，安全系数降幅较缓，而暴雨阶段，安全系数降幅加剧，降幅达244%；在强降雨条件下，滑面基质吸力大部分丧失，失稳边坡发生了从整体失稳向局部失稳、从深层失稳向浅层失稳的转变，即强降雨是浅层滑坡的主要外在因素。　　关键词：边坡；稳定性；滑坡；渗流；基质吸力；极限平衡法；有限元法；残坡积土　　：P642；U46+4文献标志码：A　　0引言　　降雨是影响土质边坡稳定性以及导致边坡失稳破环的最主要和最普遍的环境因素［－5］，降雨诱发的滑坡约占滑坡总数的90%。降雨入渗时，边坡稳定性是一个

3、牵涉到饱和—非饱和状态下水的渗流、土中含水量变化及土体强度变化的复杂问题［6－9］。雨水入渗会对岩土体产生静水压力和动水压力，破坏边坡的应力平衡，减小斜坡的抗滑力，增大下滑力；同时，含水量增加会降低边坡土体的基质吸力和抗剪强度，容易导致滑坡发生［0］。　　Ng等利用数值模拟方法分析瞬态渗流对非饱和土质边坡稳定性的影响，指出降雨强度、初始地下水位、渗透性的各向异性与前期降雨历时均会影响边坡的安全系数。Rahardjo等也认为前期降雨量对边坡的稳定具有重要影响，并通过某案例研究，指出在持续5d的前期降雨量下将会造成

4、滑坡［2］。Ng等分析了不同雨型对边坡土体内部孔隙水压力分布变化的影响［3］。Tsaparas等研究了不同渗透系数条件下降雨诱发滑坡的控制参数，指出在前期降雨均匀分布的情况下对边坡安全系数的影响［4］。但针对花岗岩残坡积土路堑边坡的研究较少［5］。大庆—广州高速公路江西里仁—龙南段高路堑边坡较多，其特有的花岗岩残坡积土风化程度高，主要呈现砂土状，在地表水作用下，边坡极易失稳。笔者以该工程为例，基于多孔介质饱和—非饱和渗流理论和非饱和土抗剪强度理论，采用极限平衡法与有限元渗流分析所得的渗流场相结合的方式，利用岩土

5、仿真软件GeoStudio建立模型，研究降雨条件下花岗岩残坡积土路堑边坡失稳的形态和机理，为类似边坡工程的设计与防治提供参考。　　3边坡稳定性分析方法　　非饱和土质边坡稳定性有限元分析方法发展的3个主要阶段为与时间无关的定性分析阶段、与时间相关的渗流与变形的不耦合分析阶段和与时间相关的非饱和土流固耦合分析阶段［2］。　　笔者采用与时间相关的渗流与变形的不耦合计算方法。其基本思路是：先采用非饱和土的渗流分析得到某一时刻的稳态或瞬态渗流场，然后基于此渗流场再采用极限平衡法中考虑了力平衡和力矩平衡的Morgenste

6、rn－Price方法来分析边坡的稳定性，在分析中考虑基质吸力影响［22－30］。　　2算例分析　　2工程概况　　大庆—广州高速公路江西里仁—龙南段地形起伏较大，路线切割山体较深，沿线深挖方路堑边坡较多。根据野外地质调查及工程地质钻探资料和区域地质资料分析，该区地质构造不发育，地层发育出露严重缺失，主要地层以燕山期花岗岩为主，岩性主要为花岗岩残坡积土、全（强）风化土、中风化土，主要呈现砂土状，在地表水作用下，边坡极易失稳。具体地层分布为：①耕表土，为黄色，湿，松散，含少量植物根系，厚度05～06m，土石分级为Ⅱ级

7、；②含砾粉质黏土，为黄色—红褐色，稍湿，硬塑，由花岗岩风化残坡积而成，组织结构全部被破坏，含少量粗砂、砾砂颗粒，厚度05～2m，遇水易崩解，土石分级为Ⅱ级，约占2%；③全强风化花岗岩，为灰褐色，组织结构基本被破坏，遇水易崩解，土石分级为Ⅲ、Ⅳ级，约占88%。　　工程经过地区属亚热带季风气候区，气候温暖、湿润，雨量充沛。多年平均降雨量为508mm，年最高降雨量25955mm，年最低降雨量9385mm，每年3月至6月为雨季，降雨量占全年564%左右。边坡开挖施：基于多孔介质饱和—非饱和渗流理论和非饱和土抗剪强度理论

8、，采用极限平衡法与降雨渗流有限元相结合的方法，选取大庆—广州高速公路江西里仁—龙南段某典型高路堑边坡，利用岩土仿真软件GeoStudio建立模型，研究降雨条件下花岗岩残坡积土路堑边坡失稳破环的形态和机理。结果表明：随着降雨的进行，边坡中地下水位从坡脚处开始抬升，边坡坡脚处容易产生“小弧”滑动破坏；土体体积含水量的增加使得基质吸力下降，从而降低土体强度和边坡的安全系数，且基质吸力与安全系