降雨对边坡稳定性的影响分析

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1、工程地质计算机应用2010年第3期总59期降雨对边坡稳定性的影响分析曰志龙(宁夏电力设计院宁夏回族自治区银川750000)【摘要】从降雨入渗对边坡土体吸力的影响、．降雨对边坡地下水位的影响、降雨对边坡土体强度的影响以及对坡面冲蚀四个方面，分析了降雨诱发边坡失稳的作用机理，并以此为基础介绍了降雨边坡稳定性的预测预报分析模型。【关键词】降雨；土质边坡；稳定性l前言随着人类社会经济的飞速发展，人类的工程活动越来越频繁，工程建设规模越来越大，边坡失稳问题不仅仅存在于电力建设方面，在各类土木工程建设中也屡屡发生。边坡失稳是世界

2、上十大自然灾害之一。虽然影响边坡稳定性的因素有很多，但据统计铁路边坡稳定破坏的80％都发生在降雨时【¨。近年来，由于边坡失稳导致的输电线路损毁、电力设施无法正常运营等事件也屡屡发生。因此，研究降雨与边坡稳定的关系是十分必要的。2降雨入渗的模式降雨入渗是一个复杂的过程，包括坡顶入渗、坡面入渗、顺裂隙入渗、裂隙向土体渗流和重力条件下土体内渗流等多种形态。当降雨强度小于边坡土体渗透系数时，降雨很容易渗流到土体深部饱和区，直接补给地下水，而浅部土体难以达到较高的饱和度，边坡处于稳定状态。当降雨强度大于边坡土体的入渗率时，一方

3、面雨水使土体边坡浅层迅速达到饱和，坡面形成地表径流，对坡面造成冲刷；另一方面雨水渗透到坡体内部，引起渗流场的变化，从而使作用在土体上的动水荷载和静水荷载增大，土体抗剪强度降低。边坡土体的含水量增大，同时产生一定的渗流力，使边坡的稳定性降低，导致边坡产生滑动破坏。因此，降雨破坏边坡时，可能要经历“降雨一雨水边坡渗透(包括裂隙渗透和地表径流)一边坡土体重力增大、强度降低—稳定系数减小一局部失稳滑动一滑动破坏”这样的过程。3降雨对边坡稳定性的作用机理降雨诱发边坡失稳的机理及其与降雨类型的关系已被广泛研究。降雨影响边坡稳定性

4、及诱发边坡失稳的作用和机理是多方面的。3．1降雨导致边坡土体的吸力降低工程中，多数时候遇到的边坡均为非饱和土体边坡。降雨入渗使得边坡非饱和带非膨胀土体的基质吸力降低，产生暂态饱和，使坡体土体达到塑性状态。基质吸力的降低，则会导致边坡非饱和带土体的抗剪强度下降【2】，这是造成突发性滑坡的作用机理，降雨入渗引起非饱和土的基质吸力减小，土粒间胶结软化，吸附凝聚力减小。降雨强度愈均匀，持续时间愈长，边坡稳定性安全系数愈低。近年来，非饱和土力学的发展，从理论上为定量计算水分入渗而引起的土体软化的强度变化提供了一种计算方法。非饱

5、和土土力学理论认为[5】，吸力是研究处于非饱和状态土体的抗剪强度、应力．应变关系、固结等各种问题的核心。土中吸力反映土中水的自由能状态，包括基质吸力和渗透吸力两部分，即=一。J+／f1)18工程地质计算机应用2010年第3期总59期式中，lf，为土的吸力；(一“)为土的基质吸力，为孔隙气压力，“为孔隙水压力；厂为土的渗透力。首先，降雨入渗对非饱和膨胀土边坡的直接影响是使得边坡土体中(特别是浅层土)基质吸力降低从而导致土体抗剪强度降低。基质吸力的降低将使得原来非饱和土层在竖向发生膨胀。3．2降雨补给地下水降雨补给地下水

6、，可引起地下水位上升或在相对隔水层以上出现暂时性地下水，特别是在细沙和粉沙中，孔隙水压力的突然增大可能导致土体的突然液化。地下水渗流过程对土颗粒施加压力，同时可使粒间易溶的胶结物流失，使颗粒间的黏结强度和内摩阻系数降低。降雨对地下水的补给，一方面，导致坡体的动水压力和静水压力的增加，当降雨入渗至基岩风化面或在隔水的各种粘土层处停滞下来，浸泡软化而形成软弱滑动面，促使和加速滑坡体的滑动。另一方面，降雨渗入地下形成向上的浮力，减弱了潜滑体自重作用在滑动面上的正压力。此外，当边坡岩体裂隙发育时，雨水从裂隙补给地下水极为有利

7、，且地下水会以裂隙水存在于岩体缝隙中，增加了滑坡体的侧向水压力和加速了岩体的风化，诱发边坡失稳，还可引起地下水位上升或在相对隔水层以上出现暂时性地下水。因此，常常出现连续降雨超过某种程度时，边坡坡体便产生滑坡的现象。3-3降雨导致边坡土体软化降雨后，地下水位升高，水力坡度增大，造成渗透压力的改变，同时土体浸湿软化，导致边坡稳定性降低。土体吸水软化主要包括土体的强度软化和应变软化两个方面。(1)强度软化。Fredlund提出另一个抗剪强度公式【5l：f∥=c+／crf一“。JrtaIl+一)厂tan~(2)式中，为随基

8、质吸力变化的内摩擦角。由上式可以看出，非饱和土的抗剪强度除了与C、圾破坏面上的净法向应力有关外，还与破坏面上的基质吸力z厂有关。非饱和土体随降雨入渗水量的增加，、妒、、．厂切ln大幅度降低，导致边坡非饱和带土体的抗剪强度软化。(2)应变软化对于渐进性破坏的边坡，边坡土体随着变形的发展，具有应变软化特性，表现为应变在增长但强度降低。在滑坡发生之前