浅析降雨入渗对边坡稳定性的影响.doc

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1、浅析降雨入渗对边坡稳定性的影响」匕京工业大学BEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY罗磊（北京工业大学,北京100124）摘要：研究降雨入渗对边坡稳定性的影响具冇较大的实际意义。基于非饱和土渗流理论，列举了一些常见的基质吸力•非饱和土抗剪强度关系、基质吸力■应变关系、非饱和土渗流微分方程及定解条件。根据以上理论基础，最后以云南省某一公路边坡为研究对象，采用FLAC软件进行了降雨入渗数值模拟，模拟结果表明，（1）相同降雨量条件下，降雨强度越大，边坡表层的饱和度增加的越大，渗流的影响区域越小。（2）降雨持时相同的情况下，降雨强度越大剪应变增量越大。（3）随着边坡

2、高程降低，边坡水平向位移呈增加的趋势，边坡竖直向位移呈减小趋势。（4）随着降雨的持续，边坡的水平向和竖直向位移不断增大,边坡的安全系数不断减小;当边坡的安全系数小于1.0时，边坡位移加速增加，安全系数加速减小。关键词：降雨入渗；非饱和土；渗流；基质吸力0引言边坡稳定性问题一直是岩土工程的一个重要课题。统计资料表明，边坡失稳破坏的最主要诱发因素是降雨入渗。在口本，平均每年由于降雨导致失稳破坏的边坡超过1万以上甚至多达10万个。在美国，非饱和特殊土问题所造成的损失超过风灾、洪灾、地震、泥石流等自然灾害损失的总和’年损失近100亿美元。在我国,由于降雨入渗引起的边坡失稳造成的损失也

3、非常巨大。降雨入渗条件下的边坡稳定性问题受到了许多学者的关注。非饱和边坡降雨入渗过程屮，降雨入渗导致边坡地下水位线上升和边坡浅层含水率上升，由此导致孔隙水压力的增大或者说基质吸力的减小,边坡潜在危险滑动面的抗剪强度在不断减小，直到不能满足抗剪的要求为止，边坡从而产生破坏。降雨入渗条件下边坡的稳定性不仅仅受到初始边界条件、降雨强度和渗透系数的影响，还取决于降雨吋间、材料参数和初始含水率等［1］。边坡降雨入渗属于非饱和渗流问题。本文采用Fredlund双应力变量抗剪强度理论，采用有限差分软件FLAC2D建立了实际边坡的数值模型，分析了不同的降雨强度、持吋对边坡稳定性的影响。1非饱

4、和土渗流基本理论1.1基质吸力非饱和土的孔隙中不但充填有水，而且还有空气，水一气分界面(收缩膜)具有表血张力，在非饱和土中，孔隙气压力与孔隙水压力不相等,并且孔隙气压力大于孔隙水压力，收缩膜承受着大于水压力的空气压力,这个压力差值称为基质吸力。即认为非饱和土中土颗粒的一部分上作用有孔隙气压力ua,另一部分上作用冇孔隙水压力uw,两者的作用并不平衡，故基质吸力可引起土的剪切变形。其屮描述基质吸力和含水量Z间关系的特征曲线称为土水特征曲线，如图(1)。图1典型土水特征曲线包承纲等建议以对数方程来表征土■水特征曲线，并通过対非饱和土气相形态的研究和划分［2］,将其简化为北京工业大学

5、(1)式屮?r残余含水量，即当含水率减小到某一程度，基质吸力增大而含水率不发生变化时的临界值；？s为饱和体积含水量；(ua・uw)b为土的进气值，即对土体施加微小的吸力，土中的水依然无法排出，当吸力逐渐增大到某一临界值时，土壤屮的孔隙水才开始排出，由于土壤屮的孔隙水被排出，相应的空气将进入到止壤中，因此，这一临界值被称为进气值。1.2非饱和土抗剪强度和基质吸力的关系Terzaghi提出的有效应力概念己经被普遍接受用于研究饱和土，有效应力已被证实是控制饱和土性状的唯一应力状态变量。非饱和土力学是由传统土力学与土壤学的相互整合，并在开展新的研究工作中逐渐发展起来的，特别是引入土壤

6、学中基质吸力的概念后，由此建立了非饱和土的抗剪强度的理论公式和木构模型。国内外学者建立的一些非饱和土抗剪强度的公式，主要是由摩尔•库仑抗剪强度公式并引入基质吸力而发展的。摩尔•库仑抗剪强度公式通常表示为[3]?f=c+?tan?(2)式屮：？f为抗剪强度；c为凝聚力；？为正应力；？为内摩擦角。早期具代表性的非饱和土抗剪强度公式是由Bishop等人⑷(I960年)提出的，可表达为：?f?c'?[??ua??(ua?uw)]tan?',⑶式中：c'为冇效凝聚力；ua为孔隙气压力；uw为孔隙水压力；?为与土的类别和饱和度有关的参数；？'为有效内摩擦角

7、。从微观分析来看，将吸力(ua?uw)的影响视为有效应力与荷载引起的有效应力，其作用是不相同的。因此，不宜将二者进行简单的叠加。此外，？值的物理意义不明确，也不易求得，其与状态路径有关，使得实际应用较为困难。1978年Fredlund等人⑸提出以正应力与吸力作做为变量的非饱和土抗剪强度公式，其表达式为?f?c'????ua?tan?'??ua?uw?tan?b⑷式屮：tan?b为抗剪强度随吸力(ua?uw)增加而增加的速率。本质上式(3)与式(4)是相同的，但式(4)把吸力对强度的影响单