黃黏土路塹邊坡的滲流及穩定性研究

關鍵詞：黃黏土；路塹邊坡；滲流；穩定性

中圖分類號：U416.1 文獻標志碼：A 文章編號: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

在我國高速公路建設過程中，常常會遇到山嶺、重丘。為了保證路線的平整性，不可避免地在一些陡峭地區進行開挖作業，從而形成大量的高速公路沿線路塹邊坡工程[2]。在黃黏土地區開挖形成的路塹邊坡工程中，黃黏土含水量過高會引起抗剪強度降低3，因此，每當雨季來臨之時，開挖形成的路塹邊坡工程失穩現象時有發生，嚴重的會引起邊坡滑塌現象，影響交通行車安全[4]。邊坡的穩定性直接影響道路行車安全[5]。目前，國內外學者針對土質路塹邊坡開展了相關研究，Alias等研究了崗巖土質的工程特性；韋文智等[以廣西容縣花崗巖殘積土為研究對象，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度的變化規律，揭示了土質邊坡的滑坡過程。Alonso等9分析了雨水在邊坡內的入滲形式。從上述研究中可以看出，對于土質邊坡而言，降雨入滲是影響土質邊坡穩定性，導致邊坡產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機理，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建

雨水在黃黏土路塹中的滲流具有連續性，滿足達西定律[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； k_y 為雨水在 y 方向的滲透系數； Q 為源匯項； 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 為滲流時間。

雨水在黃黏土路塹邊坡中的滲流連續性方程可以表示為式(2）[13-14]

式中： n 為黃黏土的孔隙率，簡化可得式(3)。

1.2黃黏土路塹邊坡模型

黃黏土路塹邊坡為3級邊坡，第一級坡高 10m 坡率為1：1.75；第二級坡高 8m ，坡率為1：1.5；第三級坡高 6m ，坡率為1：1.5，邊坡坡腳處設置寬度為 2m 的平臺，如圖1所示。地下水位左側高 14m ，右側高3.5m 。采用四節點網格將模型劃分為9012個單元。

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[15]。大量研究表明，土體中含水量的大小會引起土體孔隙水壓力及滲透系數的變化[1]。本研究為了描述這種變化關系，采用VanGenuchten模型擬合了黃黏土的體積含水量與滲透系數隨孔隙水壓力之間的變化關系[7]，如圖2和圖3所示。

1.3黃黏土物理參數

由現場調研及施工資料可知，黃黏土的飽和及殘余體積含水率分別為0.23和0.08，飽和滲透系數為 1.65×10^-7cm/s 。選取的黃黏土物理參數見表1。

1.4雨水模擬方案

本研究根據降雨特征，將降雨強度設定為 5.6× 10^-4mm/s ，時間設定為 72h ，降雨總量為 145mm ○

2滲流及穩定性變化規律

2.1 雨水流動矢量

雨水在黃黏土路塹邊坡中的流動矢量如圖4所示。由圖4可知，當降雨達到 ³h 時，雨水從黃黏土路塹邊坡表面入滲，其中在邊坡平臺處的流動矢量較大；當降雨達到 24h 時，雨水已經逐漸流動至邊坡內部，并在第一級邊坡坡腳處逐漸形成回旋向上區域；當降雨達到 72h 時，雨水在黃黏土路塹邊坡內部形成沿第一級坡面向外滲出的流動方向，并在第一級坡腳平臺處出現積水現象。

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，當降雨達到 3h 時，雨水從黃黏土路塹邊坡表面進行入滲，導致邊坡表層土體的負孔隙水壓力逐漸減小；當降雨達到 24h 時，黃黏土路塹邊坡坡面下方逐漸形成孔隙水壓力0左右的區域，表明隨著降雨人滲的持續，邊坡坡面下方土體會逐漸形成暫態飽和區；當降雨達到 72h 時，邊坡表面下方土體的負孔隙水壓力逐漸消失，轉變為正孔隙水

2.3安全系數變化規律

黃黏土路塹邊坡安全系數變化規律如圖6所示。由圖6可知，隨著雨水在黃黏土路塹邊坡的入滲，土體負孔隙水壓力逐漸消散，導致抗剪強度逐漸降低，從而引起了邊坡安全系數逐漸下降，當降雨達到 72h 時，邊坡安全系數從2.15降至0.89。當降雨結束時，黃黏土邊坡內部的雨水會逐漸消散，邊坡內部的負孔隙水壓力形成，抗剪強度有所提高，從而使安全系數逐漸增大。

3結論

① 隨著降雨入滲，黃黏土路塹邊坡第一級坡腳處逐漸形成回旋向上區域，并在第一級坡腳平臺處出現積水現象。

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

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

小。入滲雨水停止后，安全系數逐漸有所回升。

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