降雨入渗过程中土质边坡稳定性计算-论文.pdf

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1、第3期水利水运工程学报No．32014年6月ANDENGD娅卫R聃Jun．2014降雨入渗过程中土质边坡稳定性计算邢小弟，张磊。，谈叶飞，邱城春4，谢兴华(1．南京水利科学研究院交通运输部通航建筑物建设技术行业重点实验室，江苏南京210029；2．河海大学水利水电学院，江苏南京210098；3．山东黄河河务局，山东济南250011；4．青海玉能电力开发有限公司，青海西宁810007)摘要：在室内试验资料基础上，提出了土体抗剪强度与降雨入渗时间以及土体含水率的函数关系，修正了考虑土条间相互作用力的简化毕肖普方法，使之能够体现边坡土体

2、含水率变化引起的土体强度降低现象。采用Fo~ran语言设计平台，开发了耦合饱和一非饱和渗流有限元计算与边坡稳定极限平衡方法(修正的简化Bishop方法)的计算程序，考虑边坡土体抗剪强度参数随着降雨入渗发展、含水率变化而变化，采用饱和一非饱和渗流计算降雨期间边坡土体含水量变化以及扩展过程。计算了物理试验模型在降雨条件下，土坡内部渗流发展过程，以及边坡安全度的变化情况。计算结果与试验结果吻合，与修正前简化Bishop方法计算得到的边坡安全系数相差35％左右。本文提出的计算方法为降雨诱发土质滑坡研究提供了一种新的可供参考的定量分析方法。

3、关键词：降雨人渗；抗剪强度；压力水头；边坡稳定性中图分类号：P642．22文献标志码：A文章编号：11309—640X(2014)03-0098—06滑坡在我国地质灾害中占很大比重⋯。降雨是引发边坡失稳的重要因素，因此研究降雨过程中边坡安全系数计算方法具有重要的现实意义。国内有关边坡稳定计算的规范多推荐传统的极限平衡分析法，极限平衡分析法采用饱和土体有效应力计算土坡的安全系数。在计算降雨情况下的边坡稳定性时，主要考虑由降雨入渗引起坡体内部浸润面抬高，含水土体重度增加而导致土条下滑力增加，并未考虑由此导致的土体抗剪参数的降低。忽略这

4、一因素，将使计算得到的安全系数偏高，不利于合理评价边坡安全性j。本文依据室内试验资料，提出了土体抗剪强度参数与含水率变化的函数关系，修正简化Bishop方法，在Fortran语言平台上，开发了饱和一非饱和渗流与边坡稳定性计算相结合的计算模型。其中饱和一非饱和渗流模型采用文献[7]改进的饱和一非饱和渗流有限元计算方法，研究边坡安全系数随降雨人渗的变化过程以及边坡滑裂面的位置变化。1土体抗剪强度随降雨入渗变化规律、由于模型边坡为重塑土按照一定干密度经过压实而成，根据土体的实际状态，选取模型边坡土样，在保证干密度相同的条件下，将水均匀地

5、喷洒在烘干的土体上并搅拌均匀，配置后的土样放置在密封容器内24h使水分均匀分布。测得4组不同含水率，每组包含4个试样，利用三轴剪切渗透含水率／％试验仪按照不固结不排水方法测定土样的抗剪强度参数，得图1含水率与有效内摩擦角和有效黏聚力的关系到不同含水率下土体的应力应变关系。在，一平面内绘制Fig．1Relationshipcurvesofmoisturecontent—effective强度包线，得到土体的强度参数与含水率关系(见图1)，并internalfrictionangleandmoisturecontent—进行曲线拟合J

6、。由图1可见，有效内摩擦角与含水率成线effectivecohesion收稿日期：2013—12—23作者简介：邢小弟(1986一)，女，河北保定人，硕士研究生，主要从事渗流水力学研究。E—mail：nhrixx@163．com第3期邢小弟，等：降雨入渗过程中土质边坡稳定性计算99性关系，随着含水率的增加，有效内摩擦角减小；有效黏聚力先随含水率增加而增大，在含水率达到17％时，达到最大值，然后随之减小。=一1．8291w+50．249(1)，、，f一0．3483to+11．85w一46．139土体非饱和状态⋯【一0．327lto+

7、11．148o~一41．328土体饱和或接近饱和式中-'09为土体质量含水量；C为土体有效黏聚力；’为土体有效内摩擦角，当土体饱和时，’=2．5。，土体含水量为37．5％时，=4．52。，当37．5％<<40％时，按插值法取值，当∞为其他取值时，按式(1)计算。2计算模型基本原理2．1简化Bishop计算方法修正简化毕肖普安全系数公式为：∑一(3)考虑降雨人渗时，非饱和土采用Fredlund双应力变量强度公式，饱和土采用库伦强度准则，简化毕肖，普安全系数公式为：一兰盍：区∑”一(F。=4)⋯传统计算时，有效内摩擦角及有效黏聚力均是

8、常数，这与实际情况不符，根据本文试验可知，抗剪强度参数与土体含水率存在一定关系，将式(1)，(2)代人式(4)可得∑(W／tan(一1．929+so·249))6tan(_1．929·+so-249)+Fs：6(一0．3483+11．95一46．1