降雨入渗对土质边坡稳定性的影响分析

维普资讯 http://www.cqvip.com 科技情报开发与经济　ＳＣＩ—ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　２００６年第１６卷第５期　文章编号：１００５—６０３３（２００６）０５—０１７４—０２　收稿日期：２００５—１１－０１　降雨入渗对土质边坡稳定性的影晌分析　黄伟，杨仕教，曾晟　（南华大学建筑工程与资源环境学院，湖南衡阳，４２１００１）　摘要：降雨往往是诱发土质边坡失稳的主要因素之一，雨水渗入土体，引起作用在土　体上的动水荷栽和静水荷栽增大和土体抗剪强度降低，导致边坡产生滑动破坏。探讨　了边坡降雨入渗模式、饱和一非饱和土渗流模式及饱和一非饱和土强度理论对土质边　坡稳定性的影响。　关键词：饱和一非饱和土；降雨入渗；边坡稳定　中图分类号：Ｕ４１６．１＋４　文献标识码：Ａ　边坡在雨季容易产生滑坡这是一个普遍现象，正常情况下这些边坡　是稳定的，但随着降雨时间的推移和雨水的入渗作用，一些看来十分可　１边坡降雨入渗模式　靠的边坡可能在雨季发生滑坡。调查研究表明，绝大多数土坡失稳出现　在降雨期间或降雨之后，可见降雨入渗对土质边坡稳定性影响具有重要　降雨入渗是一个非常复杂的过程，包括坡顶入渗、坡面入渗、顺裂隙　意义　。　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，见图１。当　随着孔隙介质非饱和渗流和土体饱和渗流理论的发展，在国内外已　边坡土体渗透系数较大时，降雨很容易渗流到土体深部饱和区，降雨直　越来越清楚地认识到雨季的土坡滑坡、泥石流等地质灾害与土体非饱和　接补给地下水，使得土体浅部难以达到较高的饱和度，边坡处于较稳定　渗流密切相关，即降雨入渗等会导致地下水位以上非饱和区孔隙水压力　状态。当大气降水率大于边坡土体的入渗率时，雨水对边坡的危害主要　的升高，产生附加的水荷载，同时降低土体的抗剪力学强度指标。本文简　表现在两个方面：一是土体坡浅层迅速达到饱和，坡面形成地表径流，对　要分析边坡降雨入渗模式及对边坡的作用，探讨饱和一非饱和土渗流模　坡面造成冲刷；二是渗透到坡体内部，导致渗流场的变化而引起作用在　式及饱和一非饱和土强度理论对土质边坡稳定性的影响，以引起对降雨　土体上动水荷载和静水荷载的增大和土体抗剪参数的降低，边坡土体的　入渗影响边坡稳定性的关注。　含水量增大，并Ｍｕ￣产生一定的渗流力，强度降低和渗流力的共同作用　使边坡的稳定性降低，导致边坡产生滑动破坏。因此，了解雨水在边坡上　板　图６测量接地电阻时电极的布置　电压极　网　电流橄　（ａ）　（ｂ）　图５交携设备和ＭＤＦ不在同一机房的接地连接图　（２）应避免在雨后立即测量接地电阻。　（３）采用交流电流表一电压表法时，电极的布置宜采用图７所示的　图７测量接地电阻时电压极和电流极的三角形布置方法　方法。　（责任编辑：胡建平）　大学电子信息系，工程师，中铁十二局电气化工程有限公司，山西省太原　市西线街，０３００２４．　第一作者简介：李春盛，男，１９７１年２月生，１９９４年毕业于太原理工　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｃ＆Ｃ０８　Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ　ＬＩ　Ｃｈｕｎ－ｓｈｅｎｇ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｆｒｏｍ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ，ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｅｔｃ．，　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｎｄａｒｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｃ＆Ｃ０８　ｅｘｃｈａｎｇｅｒ　ｆｏｒ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：Ｃ＆Ｃ０８　ｅｘｃｈａｎｇｅｒ；ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｓｔａｎｄａｒｄ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　１７４　维普资讯 http://www.cqvip.com 黄伟，杨仕教，曾　晟降雨入渗对土质边坡稳定　的影响分析　本刊Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｍａｉｌ．ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ科技研讨　上　函数。　ｒ．ｍｃ　＋（口　—Ｕ，）ｔａｎ￣ｏ　＋（／．１．－　）ｔａｎｇｏ　（３）　式中：ｃ　，　为饱和土体的有效抗剪强度指标；矿为随吸力变化的内　摩擦角；（盱　）为破坏时破坏面上的净法线向应力状态；（　一　）为破坏　时破坏面上的基质吸力。　由式（３）可以看出：非饱和土的抗剪强度除了与ｃ　，　饱和土体的有　效抗剪强度指标及法向应力有关外还与（　一　）吸力有关。当土接近饱　图ｌ边坡降雨入渗示意图　的渗流形态，对于进一步研究边坡降雨入渗规律以及在考虑降雨入渗条　件下边坡的稳定性分析，都具有重要的意义。　和时，土壤水的基质吸力趋于零，则基质吸力项消失，变为饱和土的抗剪　强度公式。在实际应用中，基质吸力的量测比较困难，它对量测技术和仪　器的要求都很高，所以基质吸力值不易量测准确，误差也较大。现在一般　做法是根据实验室测得的土水特性曲线（Ｓｏｉｌ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ＳＷＣ）　来具体确定现场的基质吸力。　３．２饱和一非饱和的边坡稳定性分析　２饱和一非饱和土渗流模型　在降雨入渗过程中，土坡内出现饱和区域和不饱和区域，彼此相互　作用和影响，尤其是对于边坡的稳定，不仅在饱和区域，就是在不饱和区　域，其饱和度值影响也很大。在饱和区雨水渗流是多孔介质中流体流动，　服从达西定律；在非饱和区雨水渗流是一个非常复杂的问题，是一个多　因素互相耦合的过程，主要包括固、液、气三相的体积比，空气压力，土骨　架体变，可溶盐含量，温度等。水在非饱和土中的渗流也服从达西定律，　但与饱和土中渗流不同之处是非饱和土的渗流系数不是常量，而是土体　饱和度的函数，因此必须要有能应用于饱和区一不饱和区两种区域的分　析方法。根据多孔介质模型和多孔介质流体动力学原理。建立饱和非饱　和土的稳态和非稳态流的二维数值模型［２】：　饱和土质边坡的稳定性分析方法很多，主要分为两大类：滑动面法、　单位应力法。滑动面法根据不同的假设和不同的静力平衡条件分为多　种，如：普遍极限平衡法、简化Ｂｉｓｈｏｐ法、简化Ｊａｎｂｕ法及不平衡推力法　等，理论已很成熟。　对于饱和一非饱和边坡的稳定分析，要考虑负孔隙水压力的存在，　其稳定性分析常用总黏聚力法　１，将由负孔隙水压力提供的抗剪强度　（　Ｕｗ）ｔａｎｇｏ　项纳入ｃ　黏聚力项中，则：　ｃ＝ｃ　＋（　一Ｕ￣）ｔａｎ￣　式（３）可以写成：　ｒＦ－ｅ＋（ｔｒ．－Ｕ．）ｔａｎ￣　（４）　（５）　稳态流：告ｉ　Ｉ＋軎ｉ　Ｉ＝ｏ　（１）　式（５）与饱和土的摩尔～库仑准则形式相同，这样考虑负孔隙水压　力的非饱和边坡稳定分析便可用成熟的饱和边坡稳定分析方法来研究。　非稳态流：砉　ｏｈ．］＋鲁　誓］：　（２　４结语　（１）雨季时土坡滑坡、泥石流等地质灾害与土体非饱和渗流密切相　关，边坡土体的渗透性对边坡稳定性的影响较大．要加强重点地段的边　坡土体渗透性和降雨入渗研究。　（２）在分析土坡稳定性时，应用饱和一非饱和土抗剪强度理论和稳　式中：％　，ｋ　为各向异性土的主渗透系数，对于各向同性土ｋ．１＝ｋ　；　ｋ为孔隙水压力水头ｍＷ２为相应于基质吸力变化ｄ（　一　）的水体积变　化系数；ｐ　为水的密度。　３考虑降雨入渗非饱和土质边坡的稳定性分析　３，ｌ饱和一非饱和土抗剪强度理论　定性分析方法，计算边坡在降雨作用影响下的稳定性．加强对土质边坡　稳定性的预测。　参考文献　边坡失稳的根本原因在于土体内部某个面上的剪应力达到它的抗　剪强度，剪应力达到抗剪强度主要是由于剪应力增加和抗剪强度降低引　起的，从而使稳定平衡受到破坏。非饱和土坡在降雨入渗的情况下，重度　增加，下滑力增大，同时，其抗剪强度又因含水率增加而急剧下降，这是　［１］史弘鹤，王殿春．降水入渗对非饱和土坡稳定性的影响［Ｊｊ＿西部探　矿工程，２００４（９）：３６—３９，　降雨引发土坡失稳的根本原因，从而研究降雨入渗对土体的抗剪强度的　影响有重要意义。　［２］朱文彬．公路边坡降雨引起的渗流分析［Ｊ］．长沙铁道学院学报，　２００２，２ｏ（２）：１０４—１０８，　对于饱和土来说，可用传统的抗剪强度公式，但非饱和土由于负孔　隙水压力的存在，其抗剪强度计算公式变得十分复杂，如何确定非饱和　土的抗剪强度公式就成为非饱和土边坡稳定分析的一个重要的同题。虽　然各国不少学者提出各种各样的理论公式，但现在被工程界广泛接受的　是Ｆｒｅｄｌｕｎｄ提出的抗剪强度公式，用（　），（　一　）两个独立应力变量　来描述非饱和土的应力状态，非饱和抗剪强度表示成这两个独立变量的　［３］Ｄ－Ｇ・弗雷德隆德，Ｈ－拉哈乐佐，非饱和土力学［Ｍｊ．陈仲顾，译，北　京：中国建筑工业出版社，１９９７：８．　（责任编辑：薛培荣）　第一作者简介：黄伟，男。１９７２年８月生，１９９６年毕业于长春地质　学院，讲师，南华大学建筑工程与资源环境学院，湖南省衡阳市，４２１００１．　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｒａｉｎｆａｌｌ　Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　Ｓｌｏｐｅ　ＨＵＡＮＧ　Ｗｅｉ，ＹＡＮＧ　Ｓｈｉ－ｊｉａｏ，ＺＥＮＧ　Ｓｈｅｎｇ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ　ｒａｉｎｆａｌｌｉＳ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｊｏｒ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｃａｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ｓｌｏｐｅ　ｆａｉｌｕｒｅ．Ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｒａｉｎｗａｔｅｒ　ｐｅｒｍｅａｔｅｓ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ｓｌｏｐｅ．ｔｈｅ　ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ　ｌｏａｄ　ａｎｄ　ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃａｌ　ｌｏａｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ｂｏｄｙ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ｂｏｄｙ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｒｅｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｗｉｌｌ　ｃａｕｓｅ　ｔｈｅ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ｓｌｏｐｅ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｂｅｓ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒａｉｎｆａｌｌ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ１．ｔｈｅ　ｓａｔｕｒａｔｅｄ—ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ　ｓｏｉｌ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓａｔｕｒａｔｅｄ—ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ　ｓｏｉｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｏｉｌ　ｓｌｏｐｅ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｓａｔｕｒａｔｅｄ—ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ　ｓｏｉｌ：ｒａｉｎｆａｌｌ　ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｓｌｏｐｅ　１７５