降水作用下非饱和土边坡稳定性研究.pdf

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1、第38卷第6期人民黄河Vo1．38．No．62016年6月YELL0WRIVERJun．．20l6【工程建设管理】降水作用下非饱和土边坡稳定性研究贾洪彪，徐勇，许琦。，任传健(1．中国地质大学工程学院，湖北武汉430074；2．中国地质调查局武汉地质调查中心，湖北武汉430205；3．长江三峡勘测研究院有限公司，湖北武汉430074)摘要：基于非饱和渗流理论，运用有限元渗流分析软件，模拟了降水作用下田家院子滑坡瞬态渗流场的变化，对滑坡进行了稳定性计算分析，研究了短期降水、持续降水作用下非饱和土边坡稳定性

2、变化规律，计算结果表明：降水时长为2d时，滑坡稳定性系数在降水期间急剧下降，降水后经历波动调整，最后以每天约O．01的趋势上升；降水持续时间为5d时，滑坡稳定性系数在降水后期下降速度变缓甚至保持平稳状态。引入饱水面积比的概念，探讨了降水时非饱和土边坡的稳定性系数与地下水位之间的关系，结果表明：滑坡稳定性系数随滑坡体剖面饱水面积比的增大而减小，两者之间呈线性关系，当饱水面积比为0．49时，田家院子滑坡处于极限平衡状态。关键词：非饱和渗流；降水；稳定性系数；饱水面积比；滑坡中图分类号：TU432文献标志码：

3、Adoi：10．3969／j．issn．1000—1379．2016．06．035在各种类型的滑坡中，降水型滑坡发生的频率最用最为普遍的是Bishop【提出的有效应力原理与抗剪高J。大多数浅层滑坡滑体位于地下水位之上，在降强度公式及Fredlund等提出的双应力变量抗剪强水人渗中处于由非饱和到饱和的过程。近年来，国内度公式。本文在滑坡稳定性计算中采用计算较为简捷外学者对非饱和土边坡的研究集中在非饱和土的特的Fredlund抗剪强度公式：性、非饱和渗流、降水和库水位作用等方面。Lu等J=C+(一u)tan

4、+(u。一12,w)tan(2)提出了吸应力与吸应力曲线的概念，认为采用吸应力式中：丁为抗剪强度；c为基质吸力与法向应力均为0来解释基质吸力对抗剪强度的作用更加直观、简洁；时的黏聚力；or为法向总应力；“为孔隙气压力，本文Fredlund等通过有限元方法模拟非饱和土边坡暂态认为等于大气压力，为0；为对应静法向应力变量渗流场的变化，并对边坡稳定性计算所用参数进行了的内摩擦角；／Zw为孔隙水压力；为相应基质吸力的内研究；周永强等基于非饱和渗流理论，分析了在库摩擦角，假设为常数，通过类比法确定。水位和降水联合

5、作用下高陡型滑坡稳定性变化规律。2非饱和渗流有限元数值模拟关于非饱和土边坡的稳定性，国内的实际工程应用明显落后于理论研究J。笔者在前人研究的基础上，提2．1滑坡基本概况出利用地下水位预测非饱和土边坡稳定性的思路，并田家院子滑坡位于贵州省沿河县，滑坡地形西通过有限元计算加以验证。高东低，前缘标高360m，后缘标高486m。剖面形态上，总体中部较为平缓，后缘和前缘较陡，地形坡1基本理论度一般为10。～25。。勘察资料表明，滑坡总体上可1．1非饱和渗流理论分为三层：上层为滑体土，主体是碎石土及少量粉质黏土，碎

6、石含量近58％，碎石、块石岩性主要为紫红非饱和土体的渗流同样符合达西定律，当采用水色泥岩及砂质泥岩，厚度为5～18m；中部为滑带土，头h为控制变量时，二维饱和一非饱和渗流控制微分为岩土接触带，岩性主要为粉质黏土夹碎石，厚度为方程为0．3～0．5in；下部为基岩，岩性为三叠系中统巴东组(蓑)+(Odhv)+0=mOh(1)的紫红色薄层状泥岩及粉砂质泥岩。滑坡工程地质剖面见图1。式中：、为、Y方向的渗透系数；为水的容重；为水头，h=u／y，为孔隙水压力，z为位置水头；Q为模型收稿日期：2015—04—16的

7、边界流量；m为土一水特征曲线的斜率；为时间。基金项目：国家自然科学基金资助项目(50908217)。作者简介：贾洪彪(1969一)，男，山东菏泽人，教授，主要从1．2非饱和土抗剪强度理论事地质工程、岩土工程方面的教学和研究工作。对于非饱和土抗剪强度公式，目前岩土工程界应E—mail：jhbmsz@163．eom．14】·人民黄河2016年第6期基质吸力图3土一水特征曲线图1田家院子滑坡工程地质剖面2．2模型的建立运用GeoStudio软件中的SEEP／W模块进行非饱和渗流计算。考虑到滑带土厚度较小，且渗

8、透特性与滑体土差别不大，因此在有限元数值模拟中将滑坡分为两层，上部为碎石土，下部为基岩。田家院子滑坡有限元网格剖分见图2，模型中共包含2257个节点，~／kPa图4渗透系数特征曲线2165个网格单元。16O表1滑坡稳定性计算参数14o1如1oo蓦80604o20O5O1o01502o02503o035040o4503降水作用下滑坡稳定性演化特征水平距离，Ⅲ图2田家院子滑坡有限元网格剖分3．1短期降水作用后滑坡稳定性变化规律模型下部泥岩的渗透