雨水入渗作用下土质边坡稳定性分析

摘要

滑坡和降雨都是人类生活中常见的事物(现象)，在自然规律作用下，两者有着紧密的联系。雨水入渗是一种非饱和暂态流，一定强度和持时的降雨将会引起边坡孔隙水压力场的变化，从而使得边坡稳定性降低。高边坡在暴雨后经常发生跨塌的事故，造成经济损失和人员伤亡。因而，研究边坡的非饱和渗流，对于掌握边坡在降雨入渗作用下的应力应变状态，正确评价其稳定性具有重要意义。 本文简要介绍了非饱和渗流及非饱和土渗流分析的基本原理和方程，利用达西定律和连续性方程推导出了非饱和渗流的控制方程；利用土—水特征曲线推导了渗透性函数的数学表达式及其简化形式，以及水相非饱和渗流的控制方程；阐述了非饱和土的应力状态和变形理论，还对降雨条件下边坡稳定分析的方法做了简要的介绍推导。介绍了FLAC中水气两相流(Two-phaseflow)的基本控制方程和数值计算公式，以及与应力耦合的计算公式。在对降雨条件下的土坡渗流及稳定分析研究的基础上，概括出了降雨强度，饱和渗透系数，降雨持时和初始饱和度对土坡渗流及稳定的不同影响，并从抗剪强度折减理论出发，对土坡的稳定性进行了一些研究，并得出如下的结论： 1 雨水入渗引起非饱和土体中孔隙水压力上升，基质吸力丧失或减小，导致了非饱和土的抗剪强度降低，从而影响边坡稳定性，使其安全系数降低。 2 当降雨强度小于等于边坡土体的入渗系数时，边坡的安全系数在降雨的前期降低幅度相对较小，后期减小较快。 3 土体渗透系数对边坡安全系数的影响，主要应当结合降雨强度和降雨持时来综合考虑。当降雨强度与渗透系数比较接近时，在降雨强度和降雨持时都相同的条件下，渗透系数愈大安全系数下降也愈快。 4 初始饱和度对边安全系数的影响是：初始饱和度越大，雨水入渗作用下坡体安全系数就减小越快。对初始饱和度的考虑可以理解为前期降雨的影响，也就是前期降雨使边坡土体的饱和度增加后，再降雨时坡体的安全系数会大幅减小。