黃黏土路塹邊坡的滲流及穩(wěn)定性研究

關(guān)鍵詞：黃黏土；路塹邊坡；滲流；穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：U416.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào):1003-5168(2025)13-0081-04

DOI:10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.13.016

Study on Seepage and Stability of Cut Slopes in Yellow Clay Soil

WANGJialai (Xingping Traffic Engineering Quality MonitoringStation，Xianyang 7131Oo， China)

Abstract: [Purposes] Rainwater seepage within the soil cut slope is the primary cause of slope stability. The cut slope of yelow clay soil is selected as the main research object to investigate the impact of rainwater on the stability of the cut slope.[Methods] Based on Darcy's law，the seepage characteristics of rainwater within the cut slope of yelow clay soil were simulated.According to the seepage behavior，the variation patern of the slop stabilityof yellow clay soil during rainwater infiltration was analyzed.[Findings] With the infiltration ofrainfall，an upward-swirling zone gradually forms at the toeof the first-level slope of the cutting cut slope in yellow clay soil，and water accumulation occurs at the the first-level slope toe platform. Under the combined effects of rainwater flow paths and pore water pressure，the safety factor of the yelow clay soil slope gradually decreases as rainwater infiltration increases.After the infiltration of rainwater stops，the safety factor shows a gradual partial recovery.[Conclusions] The research results can provide valuable reference for the safety protection of soil cut slopes.

Keywords: yellow clay soil; cut slope; seepage; stability

0引言

在我國(guó)高速公路建設(shè)過程中，常常會(huì)遇到山嶺、重丘。為了保證路線的平整性，不可避免地在一些陡峭地區(qū)進(jìn)行開挖作業(yè)，從而形成大量的高速公路沿線路塹邊坡工程[2]。在黃黏土地區(qū)開挖形成的路塹邊坡工程中，黃黏土含水量過高會(huì)引起抗剪強(qiáng)度降低3，因此，每當(dāng)雨季來臨之時(shí)，開挖形成的路塹邊坡工程失穩(wěn)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重的會(huì)引起邊坡滑塌現(xiàn)象，影響交通行車安全[4]。邊坡的穩(wěn)定性直接影響道路行車安全[5]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)土質(zhì)路塹邊坡開展了相關(guān)研究，Alias等研究了崗巖土質(zhì)的工程特性；韋文智等[以廣西容縣花崗巖殘積土為研究對(duì)象，分析了花崗巖邊坡在滑坡過程中的形變過程；朱文彬等8采用有限元軟件，分析了降雨條件下土體強(qiáng)度的變化規(guī)律，揭示了土質(zhì)邊坡的滑坡過程。Alonso等9分析了雨水在邊坡內(nèi)的入滲形式。從上述研究中可以看出，對(duì)于土質(zhì)邊坡而言，降雨入滲是影響土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性，導(dǎo)致邊坡產(chǎn)生滑坡破壞的主要因素。

鑒于此，本文以黃黏土路塹邊坡為主要研究對(duì)象，著重分析在降雨入滲條件下，雨水在黃黏土中的入滲模式，明晰黃黏土路塹邊坡的雨水致災(zāi)機(jī)理，為黃黏土路塹邊坡的加固提供參考。

1滲流入滲原理及模擬方案

1.1黃黏土微分單元體構(gòu)建

雨水在黃黏土路塹中的滲流具有連續(xù)性，滿足達(dá)西定律[10-12]，見式（1)。

式中： H 為黃黏土邊坡中雨水入滲形成的總水頭；k_x 為雨水在 x 方向的滲透系數(shù)； k_y 為雨水在 y 方向的滲透系數(shù)； Q 為源匯項(xiàng)； m_ω 為黃黏土的比水容量 ;ρ_ω 為雨水的密度； 為重力加速度； Φ_t 為滲流時(shí)間。

雨水在黃黏土路塹邊坡中的滲流連續(xù)性方程可以表示為式(2）[13-14]

式中： n 為黃黏土的孔隙率，簡(jiǎn)化可得式(3)。

1.2黃黏土路塹邊坡模型

黃黏土路塹邊坡為3級(jí)邊坡，第一級(jí)坡高 10m 坡率為1：1.75；第二級(jí)坡高 8m ，坡率為1：1.5；第三級(jí)坡高 6m ，坡率為1：1.5，邊坡坡腳處設(shè)置寬度為 2m 的平臺(tái)，如圖1所示。地下水位左側(cè)高 14m ，右側(cè)高3.5m 。采用四節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格將模型劃分為9012個(gè)單元。

雨水在黃黏土路塹邊坡中入滲形成的滲流路徑與黃黏土的孔隙水壓力有關(guān)[15]。大量研究表明，土體中含水量的大小會(huì)引起土體孔隙水壓力及滲透系數(shù)的變化[1]。本研究為了描述這種變化關(guān)系，采用VanGenuchten模型擬合了黃黏土的體積含水量與滲透系數(shù)隨孔隙水壓力之間的變化關(guān)系[7]，如圖2和圖3所示。

1.3黃黏土物理參數(shù)

由現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及施工資料可知，黃黏土的飽和及殘余體積含水率分別為0.23和0.08，飽和滲透系數(shù)為 1.65×10^-7cm/s 。選取的黃黏土物理參數(shù)見表1。

1.4雨水模擬方案

本研究根據(jù)降雨特征，將降雨強(qiáng)度設(shè)定為 5.6× 10^-4mm/s ，時(shí)間設(shè)定為 72h ，降雨總量為 145mm ○

2滲流及穩(wěn)定性變化規(guī)律

2.1 雨水流動(dòng)矢量

雨水在黃黏土路塹邊坡中的流動(dòng)矢量如圖4所示。由圖4可知，當(dāng)降雨達(dá)到 ³h 時(shí)，雨水從黃黏土路塹邊坡表面入滲，其中在邊坡平臺(tái)處的流動(dòng)矢量較大；當(dāng)降雨達(dá)到 24h 時(shí)，雨水已經(jīng)逐漸流動(dòng)至邊坡內(nèi)部，并在第一級(jí)邊坡坡腳處逐漸形成回旋向上區(qū)域；當(dāng)降雨達(dá)到 72h 時(shí)，雨水在黃黏土路塹邊坡內(nèi)部形成沿第一級(jí)坡面向外滲出的流動(dòng)方向，并在第一級(jí)坡腳平臺(tái)處出現(xiàn)積水現(xiàn)象。

2.2 孔隙水壓力分布

黃黏土路塹邊坡的孔隙水壓力分布如圖5所示。由圖5可知，當(dāng)降雨達(dá)到 3h 時(shí)，雨水從黃黏土路塹邊坡表面進(jìn)行入滲，導(dǎo)致邊坡表層土體的負(fù)孔隙水壓力逐漸減小；當(dāng)降雨達(dá)到 24h 時(shí)，黃黏土路塹邊坡坡面下方逐漸形成孔隙水壓力0左右的區(qū)域，表明隨著降雨人滲的持續(xù)，邊坡坡面下方土體會(huì)逐漸形成暫態(tài)飽和區(qū)；當(dāng)降雨達(dá)到 72h 時(shí)，邊坡表面下方土體的負(fù)孔隙水壓力逐漸消失，轉(zhuǎn)變?yōu)檎紫端?/p>

2.3安全系數(shù)變化規(guī)律

黃黏土路塹邊坡安全系數(shù)變化規(guī)律如圖6所示。由圖6可知，隨著雨水在黃黏土路塹邊坡的入滲，土體負(fù)孔隙水壓力逐漸消散，導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度逐漸降低，從而引起了邊坡安全系數(shù)逐漸下降，當(dāng)降雨達(dá)到 72h 時(shí)，邊坡安全系數(shù)從2.15降至0.89。當(dāng)降雨結(jié)束時(shí)，黃黏土邊坡內(nèi)部的雨水會(huì)逐漸消散，邊坡內(nèi)部的負(fù)孔隙水壓力形成，抗剪強(qiáng)度有所提高，從而使安全系數(shù)逐漸增大。

3結(jié)論

① 隨著降雨入滲，黃黏土路塹邊坡第一級(jí)坡腳處逐漸形成回旋向上區(qū)域，并在第一級(jí)坡腳平臺(tái)處出現(xiàn)積水現(xiàn)象。

② 雨水入滲降低了黃黏土路塹邊坡表面土體的負(fù)孔隙水壓力，并逐漸形成了暫態(tài)飽和區(qū)。

③ 在雨水流動(dòng)路徑和孔隙水壓力的影響下，黃黏土邊坡的安全系數(shù)隨人滲雨水的增加而逐漸減

小。入滲雨水停止后，安全系數(shù)逐漸有所回升。

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