降雨入滲對土質邊坡穩定性的影響研究

曹 輝

(深圳地質建設工程公司，廣東 深圳 518000)

1 前言

隨著我國社會經濟的快速發展以及工程建設的不斷增加,土質邊坡的數量越來越多,其安全問題也越來越受重視。而土質邊坡的穩定性與邊坡的安全息息相關,若邊坡失穩,將會嚴重威脅到人們的生命財產安全。因此,研究降雨入滲對土質邊坡穩定性的影響具有十分重要的意義。

2 工程實例分析

2.1 工程邊坡概況

在該邊坡上游邊界部位,存在一條小沖溝,長度大約為770m,頂部款,底部在,其溝底的寬度約為2～20m左右,5～15m切割深度,溝底的縱坡有薄層覆蓋、堰面分布形式為臺階狀,縱向迫降大約在48%左右,在古堆積體下游的邊坡部位,以一條沖溝為界,沖溝的寬度≈10～20m,長度≈650～700m,僅在長時間自然降雨情況下才會存有積水,正常天氣下無水,后壁呈現圈椅狀的陡崖,縱迫降≈33%,整個沖溝地形均坡度=55°。

2.2 計算方法

使用達西定律,將其帶入連續方式進行計算在,在計算期間,將土體顆粒骨架的變形現象忽略,假設水體為不可壓縮狀態,利用總水頭,對方程進行應變量控制,在計算之后,可得出各向異性二維Richards非飽和滲流/飽和滲流的控制方程,式1邊坡的二維滲流表達式：

在式1中,kwx=水平x向滲流函數,kwy=垂直y向滲流的函數值,g=重力加速度,Pw表示水體密度,比水容重=MW。式2水頭邊界計算,式3為流量邊界計算方式：

此外,使用摩根斯坦·瑞普斯法期間,需考慮力矩之間的平衡。

2.3 模擬數值

2.3.1 剖面計算方式

圖1展示為9-9工程地質剖面示意圖：

圖1 9-9坡面工程地質剖面示意圖

2.3.2 網絡模型設計

在充分考慮計算時常、就算精度的基礎上,針對案例滑坡的主滑面,開展有限單元格的劃分,開展本次研究期間,長時期的降雨對坡面的土地造成很大的入滲影響,因此決定對破表部位的土體密布網格,此外,因為滑帶部位十分敏感,因此該區域的網格相比其他區域網格也更加密集。

2.3.3 巖土體的物理力學參數

以工程類比為依據,在對邊坡數據開展綜合分析、統計之后,得出了滲透函數、水土特征的曲線,進而得出滑坡巖土體的物理力學相關參數。

3 工況計算,結果分析

為深入研究滑坡穩定性受到降雨強度影響的問題,本次研究根據工程案例所在地區年鑒降雨強度等級、降雨資料的內容,社戲下述工況,即小雨10.8mm/d工況、暴雨60mm/d工況,五十年一遇見遇特大暴雨240mm/d工況,對三種工況下連續降雨1d的情況下,開展建模分析：

3.1 滲流

針對案例邊坡開展滲流模擬,最初模擬環境為無雨環境,邊坡孔隙的水壓力,隨著高程逐漸呈現出降低的趨勢,地下水位部位的孔隙壓力=0,位于水位線之下/之上的孔隙,其水壓力為正/負。之后,進行降雨1d模擬,該邊摸表層土屬于粉質黏土夾碎石,滲透系數較高,經過模擬降雨,雨水大量向邊坡內部入滲,位于邊坡上部的孔隙,其水壓力出現了異常,隨著高程逐漸呈現出降低的趨勢,這種現象是入滲,然坡體表面的土體由非飽和改變為飽和,在坡體的表面產生了一條水位線,對孔隙的水壓力分布造成了影響,進而就造成坡體從下到上呈現出飽和→非飽和→飽和的現象,而坡表層孔隙水壓,也呈現出了十分典型的降雨滑梯形。

3.2 穩定性

在降雨環境下,穩定性方面邊坡會先呈現下降的趨勢,隨后上升,隨著雨水的入滲,坡體飽和度瞬時提高,基質吸力降低,抗剪度降低,但是結束降雨后,坡體內部水分向下繼續入滲,直到入滲到坡腳位置,因此坡體的上方水分會被排除,其抗剪力和基質的吸力都會逐漸的回升,同時下放坡體重量加大,整個邊坡的穩定性就會提高、在降雨結束后,邊坡內的安全系數最小,其安全系數僅為0.5～2,其中小于持續的時間最久,其原因主要在于滲透具備誒的滯后性,性質降雨后,雨水持續的深入,就會造成這種現象。表1顯示的是在不同的降雨強度下,邊坡的安全系數數據。

表1邊坡在不同降雨強度下的安全系數數據

通過對表1不同降雨強度下安全系數的對比,可以發現邊坡幾乎不會受到小雨工況的影響,50年一遇大暴雨240mm/d的工況對邊坡安全系數的影響最大,此外,隨著降雨量的增加,邊坡的安全系數會隨之減小,相關單位在治理邊坡期間,需要在充分考慮降雨量造成的不同程度的影響,選擇最為合適的治理方案。

4 結束語

本次對降雨入滲對土質邊坡穩定性影響開展深入的研究,通過研究發現同樣的降雨時間段內,降雨量越大,對邊坡的穩定性就會造成越大的影響,其安全系數就會越小,因此本文對于我國邊坡治理相關單位在開展邊坡治理工程期間,具有一定的指導意義。