降雨对碎石土边坡稳定性的影响分析

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1、万方数据第29卷第l期2O11年1月水电能源科学WaterResourcesandPowerV01．29No．1Jan．2Ol1文章编号：lOoo一7709(2011)01一0083一03降雨对碎石土边坡稳定性的影响分析宁万辉1，宁健2，俞美华3，柯传芳1(1．三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室，湖北宜昌443002，2．江西省水利水电建设有限公司，江西南昌330025；3．中国地质大学(武汉)工程学院，湖北武汉434023)摘要：通过试验模拟天然降雨条件，研究了不同的降雨强度、降雨历时、累积降雨量对碎石土边坡不

2、同部位水压力的影响，分析了降雨作用下碎石土边坡的变形破坏机理及降雨诱发滑坡的主要作用方式。试验结果表明，降雨强度、地下水位、降雨持续时间是影响坡体稳定的重要因素。关键词：碎石土边坡}稳定性；降雨历时，累积降雨量；降雨强度中图分类号：TVl6；P426．615；P642．2文献标志码：B堆积土滑坡在土质滑坡中占很大比例，而堆积土层大多含松散碎石土。碎石土边坡稳定性受多种因素影响，其中降雨对边坡变形破坏及稳定性是历来研究的重点。目前。主要通过理论分析和数值模拟方法研究降雨诱发滑坡的机理和过程。文献[1]利用降雨人渗引起土体

3、抗剪强度降低解释降雨诱发滑坡的机理，提出了一种基于简化的定量分析方法并据此对参数进行了研究。文献[2]运用非饱和土力学观点分析降雨诱发滑坡的机理，认为降雨抬升地下水位，增大了孔隙水压力，雨水渗流带走颗粒之间的胶结物，从而影响坡体稳定。鉴此，本文通过试验模拟天然降雨条件，以揭示降雨对碎石土边坡稳定性的影响。1降雨作用下碎石土边坡变形破坏机理降雨对碎石土边坡岩土体的抗剪强度一般影响较大(3]。由于非饱和土中还存在基质吸力(地一‰)，所以其抗剪强度采用(盯一矩．)和(玩一乱。)这两个独立的状态变量来表示，利用这两个应力状态变

4、量建立了相似的抗剪强度公式：rf=c’+(听一‰)ft99’+(犯。一t‘。)ftg矿(1)式中，d为总应力；砧。为空气压力；rf为土的抗剪强度；f7为土的有效粘聚力；毋为剪切破坏而上的法向应力；M。为孔隙水压力；(田一乱。)f为破坏面上的净法向应力；97为与法向应力(们一‰)有关的内摩擦角；(“。一“，)t为破坏时破坏面上基质吸力；矿为抗剪强度随(‰一”，)而增加的速率。降雨过程中降雨入渗起加载作用，土体重度增大。当降雨人渗补给地下水时，顺斜坡方向的渗透力增大，滑坡体的孔隙水压力和下滑力均增大，而有效应力减小。同时，

5、在地下水管网状渗流排泄系统作用下，碎石土边坡土体中细颗粒被带走，等效粘聚力和基质吸力降低，内聚力的降低导致强度减小，最终促使碎石土边坡发生变形失稳破坏。2降雨对碎石土滑坡稳定性的影响2．1概述三峡库区是全国暴雨中心之一，降雨诱发了大量滑坡，主要有4种作用方式“．5]：①降雨对边坡岩土体起加载作用，增大岩土体重度，产生动静水压力；②降雨侵蚀坡角，破坏坡体，改变坡体结构；③雨水渗入弱化岩土体或泥化软化滑带，粘土矿物的水化作用导致粘聚力降低，甚至消失，降雨改变边坡力学性能；④促进滑移面剪应力增大及促使抗剪强度降低。不同降雨强

6、度、累积降雨量、降雨历时对边坡的稳定性影响不同。2．2试验方法及结果分析试验所用滑体及滑带土料均在三峡库区取得，在滑体的前、中、后位置布置3个观测剖面(图1)，为减少尺寸效应对试验的影响，有必要处理原碎石土中的超粒径。处理方法主要有剔除法、等量代替法、相似级配法及混合法。图2为处理后的颗粒级配曲线，试验坡体碎石土和滑带的抗剪强度指标分别通过室内土工试验得到，相应物理收稿日期：2010—08一05，修回日期：2010—09一09基金项目：三峡库区三期地质灾害高边坡防护工程技术科研基金资助项目；三峡大学博士启动基金资助项目

7、(0620080084)作者简介：宁万辉(1985一)。男，硕士研究生，研究方向为地质灾害防治和岩土力学试验，E-mail：llillg忧岫hllily@163．彻万方数据·84·水电能源科学2011年蓬巅套l田■略H“鼎掣■水平距离’nl图1滑体剖面示意图jg．1SchematicoflandsI．deprof．1e1L＼、＼、L取样重度渗透系数变形模量抗翦指标部位／(kN·m一3)八cm·s一1)／MPaf／kPa∥(。)降雨强度不同、降雨时间相同时，坡内水压力分布不同，从而对边坡安全稳定性的影响亦不同。为分析此影

8、响，以降雨强度o．3、o．5mm／min为例，分别对降雨历时2、4、6、8h测得的滑坡水压力及位移情况进行比较分析。图3为不同降雨强度下作用在滑动面上不同水平位置的水压力对比。由图可知：①降雨强度为O．3、o．5mm／min时，作用于滑动面上的水头压力都随降雨历时的增加而变化。降雨强度越大，通过非饱和区进入饱和区的水量就越多，地下