降雨入渗下的非饱和土质边坡渗流场及稳定分析

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1、降雨入渗下的非饱和土质边坡渗流场及稳定分析陈卫卫?1，常乃坤?1，宁山超?2（1.安徽省路桥工程集团有限责任公司安徽合肥230000；2.华南理工大学土木与交通学院广东广州510641）【摘要】在分析了边坡降雨入渗下的饱和-非饱和渗流理论基础上，采用有限元法计算了三种不同降雨工况下的边坡降雨入渗渗流场，并结合极限平衡法，对其稳定性进行了分析。研究表明：降雨入渗区内的孔压由降雨前的负孔隙水压力逐渐向正的孔隙水压力变化，边坡坡脚处变化最为明显；不同高程上的孔隙水压力呈现先降低后增大的趋势；降雨入渗将引起边坡稳定性降低，且雨停后仍有一段持续影响时间。.jyq

2、k左右，在浸润线下方的浸润区出现了孔隙水压力从0向土体初始孔隙水压力迅速变化的浸润段。由此可见，对于边坡设置合理的防排水措施是十分有必要的。?（3）对比图b)～d)可知：降雨强度越大，边坡顶部入渗深度越大，孔隙水压力值也越大。工况一下入渗区域深度达80cm左右，相同降雨时长下，工况二入渗区域深度则在20cm左右。边坡坡脚处的孔隙水压力值与降雨强度成正比，是边坡中需要重点关注的部位。?（4）图4为边坡在三种计算工况下监测点的孔隙水压力随时间变化情况。从中可以看出：在降雨前期，各孔隙水压力保持初始值，此时降雨入渗深度还未到达监测点处。随着降雨入渗的持续，监

3、测点孔隙水压力值迅速向零变化，并变为的孔隙水压力值，降雨停止后，随着土体内水分消散，孔隙水压力值慢慢变小，并变为负值，此时土体由饱和态过渡到非饱和态。以工况一为例，A、B、C三点的初始孔隙水压力分别为-58、-81、-109kpa，在降雨开始1h后开始发生变化，降雨结束时刻达到70、54、24kpa，监测点位置越接近边坡坡脚，降雨结束后的孔隙水压力越大，且变化率也越大。?4.2不同高程上孔隙水压力变化规律。?（1）选取观测断面1-1为研究对象，将计算结果整理如图5示：?（2）从上图分析可知，孔隙水压力沿边坡竖向截面高程的变化规律是一致的，边坡表层由于受

4、到降雨入渗作用孔隙水压力为正值。位于降雨入渗影响区域以下的孔隙水压力区则不受降雨影响。随着降雨持续时间的增长，同一截面上，相同高程的孔隙水压力也在逐渐增加。以工况一为例，在坡面2.5m以下区域，边坡土体孔隙水压力不受降雨影响。同时，同一截面不同高程孔隙水压力随着高程的降低，数值上表现出先降低，再增大的特点。随着降雨的停止，边坡表层正孔隙水压力逐渐消散，从3种计算工况的孔隙水压力消散速度比较来看，各工况下高程较低的截面相对于高程较高截面出现正孔隙水压力消散的时间都更长。?4.3降雨强度对边坡稳定性的影响。?（1）为了分析降雨对边坡稳定性的影响，采用极限平

5、衡法??［6］?计算边坡在土体中基质吸力变化与土体重度变化共同影响下的稳定性。得到不同工况下边坡安全系数与降雨时间的关系（边坡安全系数随时间动态变化见图6）。?（2）由图6可知：在无支护条件下，降雨的入渗将引起边坡稳定性降低，随着降雨的进行，边坡安全系数明显下降，由初始时刻的1.992降至最低时的1.492，降雨停止后安全系数慢慢变大，维持在一较稳定值1.758附近。说明降雨对于边坡稳定性有持续的影响。5.结论?本文在分析了饱和-非饱和渗流基本理论基础上，采用有限元与极限平衡法相结合的方法，对不同降雨工况下的边坡渗流场及稳定性进行了计算分析，结果表明：

6、?（1）降雨入渗影响下，边坡入渗区域内的孔隙水压力将发生较大变化，变化速率受降雨强度影响，降雨强度越大，孔隙水压力变化速率越快，单位时间入渗深度也越大。?（2）孔隙水压力沿边坡高程方向竖截面的变化规律是一致的，呈现出随着高程的降低，孔隙水压力先降低后增大的趋势。?（3）降雨的入渗会引起边坡稳定性降低，降雨停止后稳定性缓慢提高，但仍会在一段时间内持续低于初始状态值。有必要选择合理的支护或排水设施保证边坡安全。.jyqk］.北京：清华大学出版社，2004：182-183.［4］邓通发，桂勇等.降雨条件下花岗岩残坡积土路堑边坡稳定性研究［J］.地球科学与环境

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