降雨入渗对土质边坡稳定性的影响研究

曹 辉

(深圳地质建设工程公司，广东 深圳 518000)

1 前言

随着我国社会经济的快速发展以及工程建设的不断增加,土质边坡的数量越来越多,其安全问题也越来越受重视。而土质边坡的稳定性与边坡的安全息息相关,若边坡失稳,将会严重威胁到人们的生命财产安全。因此,研究降雨入渗对土质边坡稳定性的影响具有十分重要的意义。

2 工程实例分析

2.1 工程边坡概况

在该边坡上游边界部位,存在一条小冲沟,长度大约为770m,顶部款,底部在,其沟底的宽度约为2～20m左右,5～15m切割深度,沟底的纵坡有薄层覆盖、堰面分布形式为台阶状,纵向迫降大约在48%左右,在古堆积体下游的边坡部位,以一条冲沟为界,冲沟的宽度≈10～20m,长度≈650～700m,仅在长时间自然降雨情况下才会存有积水,正常天气下无水,后壁呈现圈椅状的陡崖,纵迫降≈33%,整个冲沟地形均坡度=55°。

2.2 计算方法

使用达西定律,将其带入连续方式进行计算在,在计算期间,将土体颗粒骨架的变形现象忽略,假设水体为不可压缩状态,利用总水头,对方程进行应变量控制,在计算之后,可得出各向异性二维Richards非饱和渗流/饱和渗流的控制方程,式1边坡的二维渗流表达式：

在式1中,kwx=水平x向渗流函数,kwy=垂直y向渗流的函数值,g=重力加速度,Pw表示水体密度,比水容重=MW。式2水头边界计算,式3为流量边界计算方式：

此外,使用摩根斯坦·瑞普斯法期间,需考虑力矩之间的平衡。

2.3 模拟数值

2.3.1 剖面计算方式

图1展示为9-9工程地质剖面示意图：

图1 9-9坡面工程地质剖面示意图

2.3.2 网络模型设计

在充分考虑计算时常、就算精度的基础上,针对案例滑坡的主滑面,开展有限单元格的划分,开展本次研究期间,长时期的降雨对坡面的土地造成很大的入渗影响,因此决定对破表部位的土体密布网格,此外,因为滑带部位十分敏感,因此该区域的网格相比其他区域网格也更加密集。

2.3.3 岩土体的物理力学参数

以工程类比为依据,在对边坡数据开展综合分析、统计之后,得出了渗透函数、水土特征的曲线,进而得出滑坡岩土体的物理力学相关参数。

3 工况计算,结果分析

为深入研究滑坡稳定性受到降雨强度影响的问题,本次研究根据工程案例所在地区年鉴降雨强度等级、降雨资料的内容,社戏下述工况,即小雨10.8mm/d工况、暴雨60mm/d工况,五十年一遇见遇特大暴雨240mm/d工况,对三种工况下连续降雨1d的情况下,开展建模分析：

3.1 渗流

针对案例边坡开展渗流模拟,最初模拟环境为无雨环境,边坡孔隙的水压力,随着高程逐渐呈现出降低的趋势,地下水位部位的孔隙压力=0,位于水位线之下/之上的孔隙,其水压力为正/负。之后,进行降雨1d模拟,该边摸表层土属于粉质黏土夹碎石,渗透系数较高,经过模拟降雨,雨水大量向边坡内部入渗,位于边坡上部的孔隙,其水压力出现了异常,随着高程逐渐呈现出降低的趋势,这种现象是入渗,然坡体表面的土体由非饱和改变为饱和,在坡体的表面产生了一条水位线,对孔隙的水压力分布造成了影响,进而就造成坡体从下到上呈现出饱和→非饱和→饱和的现象,而坡表层孔隙水压,也呈现出了十分典型的降雨滑梯形。

3.2 稳定性

在降雨环境下,稳定性方面边坡会先呈现下降的趋势,随后上升,随着雨水的入渗,坡体饱和度瞬时提高,基质吸力降低,抗剪度降低,但是结束降雨后,坡体内部水分向下继续入渗,直到入渗到坡脚位置,因此坡体的上方水分会被排除,其抗剪力和基质的吸力都会逐渐的回升,同时下放坡体重量加大,整个边坡的稳定性就会提高、在降雨结束后,边坡内的安全系数最小,其安全系数仅为0.5～2,其中小于持续的时间最久,其原因主要在于渗透具备诶的滞后性,性质降雨后,雨水持续的深入,就会造成这种现象。表1显示的是在不同的降雨强度下,边坡的安全系数数据。

表1边坡在不同降雨强度下的安全系数数据

通过对表1不同降雨强度下安全系数的对比,可以发现边坡几乎不会受到小雨工况的影响,50年一遇大暴雨240mm/d的工况对边坡安全系数的影响最大,此外,随着降雨量的增加,边坡的安全系数会随之减小,相关单位在治理边坡期间,需要在充分考虑降雨量造成的不同程度的影响,选择最为合适的治理方案。

4 结束语

本次对降雨入渗对土质边坡稳定性影响开展深入的研究,通过研究发现同样的降雨时间段内,降雨量越大,对边坡的稳定性就会造成越大的影响,其安全系数就会越小,因此本文对于我国边坡治理相关单位在开展边坡治理工程期间,具有一定的指导意义。