作者简介： 李
赞（９７ ） 男， １８． ， 东南大学 ＩＳ中心硕士研究生， Ｔ 江苏 南京 ２０９ １０６
２０ ９ １０ ６
康 荣根 （ ９ ８ ， 东南 大学 ＩＳ中心硕 士研 究 生 ， 苏 南京 １ ８ ．） 男， Ｔ 江
第 ２ １ ２ ８ １ ２ ０ 年 智 ３卷 月
李 赞 ：雨 件。 坡 定 数 分 。 等降 条 下 路 稳 性 值 析 公边 “
ｌ ｎ ａ ｌ ｌ ｉｇ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｅ ｈ ｉｕ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｔ ｃｉｎ ｆｅｄ，ｄ ｓ ｒｂ ｓ ｔｅ ｉ ｌ ｍｅ ｔｔ ｎ ｏ ｅ ｒ ｇ ｌ ｔ ｎ ｎ ｔ ｅ ａ ｐ ｃ ｆｐ ｒｏ ｎ ｌ ｉｔ — ｏ ｇ ｒ ｉ ｗｅｄ ｎ ｏ ｔ ｌ ｇｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ｉ ｏ ｓ ｕ ｔ ｌ ｏｉ ｈ ｒ ｏ ｉ ｅ ｃ ｅ ｍｐ ｅ ｎ ａ ｏ ｆｔ ｅ ｕ ａｉ ｓｉ ｓ ｅ ｔ ｅ ｓ ｎ ｅ ｓｒ ｉ ｈ ｉ ｈ ｏ ｈ ｏ ｄ ｉ
ｂ ｔ ｎ，ｍａｅ ａ ｎ ａ ｅ ｎ ，ｃ ｎ ｔ ｃ ｉｎ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｕｉ ｏ ｔｒ ｌｍａ ｇ ｍｅ ｔ ｏ ｓｒ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｙ，ｅ ｕ ｐ ｎ ｎ ｅ ｔ ｎ ｎ ｕ ｅ ｖｓ ｎ Ｏ ｏ ｗｈ ｃ ａ ｅｔ ｒｇ ｉ ｉ ｇｓｇ ｉ ｃ ｎ ｅｆ ｒ ｉ ｕ ｏ ｑ ｉｍｅ ｔｉｖ ｓｍｅ ｔ ｄ ｓ ｐ ｒ ｉ ａ ｄ Ｓ ｎ， ｉ ｈ ｈ ｓｂ ｔ ｄ ｎ ｉｎ ｆ ａ ｃ ｏ ａ ｅ ｅ ｕ ｉ ｆ ｔ ｒ ｖ ｂ ｅ ｃ ｎ ａ ｔ ｇ ｗｅｄ ｎ ． ｕ ｕ ｅ ｍｏ ａ ｌ ｏ ｔｃ ｉ ｌ ｉ ｇ ｎ
看出潜在滑动面 的形成过程 。参数未折 减时 ， 脚未 出现塑性 变 坡 当降雨 强度小于 土壤入 渗 能力时 ， 雨完 全入 渗 ， 于定 流 形 。随 后 ， 脚 塑性 区 出 现 ， 逐 渐 向坡 顶 发 展 ， 终 在 ：１７ 降 属 坡 并 最 ．６ 量边界 ， 可表示 为 ： 时形成贯通 ， 坡便 失稳破 坏 ， 边 而计算 也 出现不 收敛 。但 是安 全
和土来 说 ， ｈ— ｏｌｍ ＭｏｒＣ ｕ ｂ强度 准则 已得 到 广泛 的应 用 ； 于非 饱 ｏ 对
由于雨水 入渗或地下水位埋藏较 浅 ， 和区和非 饱和 区的地 饱 和土来 说 ， 由于负压 的存 在 ， 其抗剪 强度变得极 为 复杂 ， 统 的公 下水运 动是互 相联 系 的， 传 应将 两者 统一 进行 研 究 ， 即饱 和一 非饱 式 已不 再适用 ， 因此在 进行边坡稳定分 析时如何 确定非饱 和 土的 和渗 流问题 Ｊ 。其 二维渗流控制方程为 ：
变形和保证边坡 稳定性具有重要意义 。 国内外 学者对降雨 条件 下边 坡稳定 性分 析进 行 了很 多 的研 究 。Ａｏ ｓ ｌ ｏ等 采用 考虑 空气压 力变 化耦 合 的渗 流分 析方 法计 ｎ
（ 一 。和 （ 一 ） “ ） 两个应力状态变量来描绘其抗剪 强度 。该 公 式能平顺地过 渡到饱 和土 的抗剪 强度公 式 ： 当土接近饱 和 时 ， 孔 隙水压力 Ⅱ 仲接近孔隙气压力 ｕ ， 。基质吸力趋 于零 ， 中的基质 吸 式
２ ２ 降雨奈 件 下边坡 稳 定性分析 ．
２ ２． 孔 隙水压力分析 ． １
由图 ４可见 ， 降雨入渗后 ， 孔隙水 压力分 布有很 明显 的变化 ， 假设路面为不透水边界 ， 边坡 为透水边 界。饱和渗 透系数 取 但 总体 而言 ， 仍然表 现为基 质 吸力 。随着 降雨 的持 续 ， 斜坡 顶部 ｋ ： ． １ ／ 。由于考 虑地 下水 位 的影 响 ， ０ ０ ８ｍ ｈ 需设 置孔 压 Ｐ边 界 以下高 于设定值 的吸力 区范 围不 断减小 ， 即基 质 吸力不 断减 小 。
力项消失 ， 从而成为饱 和土 的抗 剪强度公式 。若 将基 质吸力看 作 是提高土体粘 聚力 的一个 因素 ， 作为 土体粘 聚力 的一 部分 ， 总 取
的粘 聚 力 为 ： ｃ ＝ ＋（ 一Ｍ ）ａｇ ｃ Ｍ ｔｎ 。 ｏ （） ２ （） ３
算 了渗流场 ， 并与极 限平 衡法 相结 合 ， 分析 了降雨 入渗 对边 坡稳
在非饱和 区 日为非饱和流总水头 ， ＾为毛细管压力水头 ； ｙ为 其 中 ， 为土 的有效粘 聚力 ； 一 。 为有效法 向应 力 ； 为土 水头 ， ｃ （ ｕ） ｏ ｇ
［ ］ Ｔ ／ ６ ８２ － ０ 工务作 业 第 ２ ２ Ｂ Ｔ２ ５ ． １２ ７， ０ ｌ部 分 ： 轨焊 缝超 声波 钢
０ 引言
边坡稳定 问题 历来 是减灾 防灾 领域 是影 响 边坡 稳定 、 导致 边 坡失 稳 破坏 的主要 因 素 。降雨会 降低 岩土体的抗剪强度 ， 抬高地 下水位 使得孔 隙水压 力升高 。因此 ， 研究 降雨条 件下 的边坡 稳定 性 问题 ， 控制 路基 对
Ｋ ｙｗｏｄ ： ｉ —ｐｅ ａｗ ｙ ｌｎ ｉｗ ｌｉｇｉ ｅｃｎｔ ｃｏ ｅ ， ｏｔ ｌ ｅｈ ｏｏｙ ｅ ｒ ｓ ｈｇ ｓｅｄｒｉ ａ ，ｏ ｇｒ ｌ ｅｄｎ ｔ ｏｓ ｔ ｎｆｌ ｅｎｍ ｃｎｌ ｈ ｌ ａ ｎｈ ｕ ｒ ｉ ｉｄ ｔ ｇ 收 稿 日期 ：０ １０ —７ ２ １ －９ ０
雨径 流。此时的边界 条件 可视 为定水 头边 界 ， 忽略径 流 深度 ， 若
可简化 为 ：
ｈＩ＝ ，。 （） ５
基 质 吸 力
Ｐ ａ
饱 和度 ｓ
图 ２ 吸 湿 曲线 图 和 渗 透 系 数 曲 线 图
２ １ 非 降雨 条件 下边坡 稳 定性分 析 ．
等效塑性区云图 （ Ｅ Ｑ图 ） 展变化 分析 ： 图 ３可 以明显 ＰＥ 发 由
关键 词 ： 降雨， 数值模拟 ， 边坡 稳定性 中图分 类号 ：４ ６ １ Ｕ １ ．３ 文献标识码 ： Ａ 的有效 内摩擦角 ； ｕ 一 为 基质 吸力 ； 为抗 剪强度 随基质 吸 （。 “ ） ｏ ｇ 力而增加 的速率 。 非饱 和土 的抗剪强 度公 式是饱和土抗 剪强度公 式 的延 伸 ， 由
探 伤作业 ［ ］ ｓ．
Ｄｉｃ ｓ ｏ ｏ ｈ ｏ ａ ｌｗｅ ｄｉ ｓ ｕｓ ｉ ｎ ｎ ｔ ｅ ｌ ｎｇ ｒ ｉ ｌ ｎｇ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎｇ ｔ ｃ ｉ ｅ ｉ ｔ ｏ ｔ ｕｃ ｉ ｎ ｅ ｄ ｏ ｔ ｏ ｌ ｅ ｈｎ ｑｕ ｎ ｈｅ ｃ ｎｓｒ ｔｏ ｆ ｌ ｉ ｉ
Ｐ一 －， Ｙ ２－
・３ ・ １ ９
（） ７
位置水头 ； ， ｋ 分别为 ， 向的渗透 系数 ； 为时 间； Ｙ方 ｔ Ｃ为 比水
容 。对于 降雨入 渗上述 控制方程 的定解条件应考虑 以下几 点 ： １ 降雨人渗初始条件 。 ） 进行有地 表人渗的饱和一非饱 和非稳定 渗流场模 拟时 ， 首先 要给定计算 区域 的初始水 头场 。雨水 的入渗 对初 始 的渗流 场 比
・
１８・ ３
第３ ８卷 第 ２期 ２０１２ 年 １月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨⅡ ＥＣＴＵＲＥ
Ｖ０ ． Ｎｏ． １３８ ２
Ｊ ｎ ２ １ ａ． ０２
文章编号 ：０ ９ ６ ２ ２ １ ０ ・ １ ８０ １０ —８ ５（０ ２）２ ０ ３ —３
定性 的影 响 。吴宏伟 、 陈守义 研究 了雨水入渗对 非饱和土坡 稳 定性影 响 ， 针对我 国香 港地 区的典 型非饱 和 斜坡 ， 研究 了 降雨 特
将式 （ ） 入式（ ） ： １代 ２得
ｆ＝ｃ ＋（ 一ｎ ）ａｇ 。ｔ ｏ ｎ
征 、 文地质条件及坡 面防渗处 理等 因素对暂态 渗流场 和斜坡 安 水
抗剪强 度公 式就显得至关重要 。 目前 ， 到岩 土界广泛认 可 的是 得 Ｆｅｌｎ ｒｄｕ ｄ提出的双参数模 型 ：
ｆ＝ｃ 一Ｕ ）ａｇ＋（ 一 ）ａ ｇ ＋（ ａｔｎ ｏ “ ｔｏ ｎ （） １
［ ］ ＝ ＋ ， ｃ 【 】
ｃ ４ ，
其中， 日＝ｈ＋ｙ 在饱 和 区 为饱 和 流总水头 ， ， ｈ为渗 透压力
Ｉ ＝ ｔＣＳ￣ Ｒ（）ＯＯ （ ） 系数需取不收敛 的上一步折减 的系数 ， ６ 即取为 ＝１７ 。 ．５
其中， ｚ为人渗点的相对高程 。
其 中 ， 随时问变化 的降雨强度 ； Ｒ为 为土坡的坡率 。
２ 数 值 计算
本文采用强度折减有 限元分 析理论 ， 利用大 型工程计 算软 件 Ａ ＡＵ Ｂ Ｑ Ｓ进行计算 。取 一边坡模型 ， 为 ５ 左边高 １ 右边 宽 ０ｍ， ０ｍ， 高 ３ ０ ｍ。右边水平部 分为边 坡坡脚 的道路 层。坡 面 由坡脚 向上 变缓 ， 坡脚依次 为 ３ 。 ２ 。划 分网格的边坡模型如 图 １所示 。 ４和 ２，
全系数 的影 响。本文拟对降雨条件 下边坡 的渗 流规 律进行 研究 ， １ ２ 降 雨入 渗理 论 ． 降雨入渗 实质上是水分在土壤饱气 带 中的运动 ， 是一个 涉及 以确定 土体 内孔隙水压力和位移 的变化规 律 ， 而对边坡 稳定 性 从 两相 流的过程 ， 即水在下渗 时驱 替空气 的过 程 。降雨 入渗 是一个
进行评 价。
１ 降雨 条件 下边 坡 稳定 分析 １ １ 非饱 和土 抗 剪强度 理论 ．
动态 的、 随时 间和空 间变 化 的过程 。一 般 降雨 过程 可分 为 ： 开始
阶段 ， 地表的含水率梯度很大 ， 入渗率很 高 ， 般而言 大于 降雨强 一
度， 属于无压人渗 ； 随着 入渗 的进行 ， 水率 梯度 不 断减小 ， 含 入渗 土体 的抗 剪强度是指土体抵抗 剪切破坏 的极 限能力 ， 是土 体 率也不 断降低 ， 当小于 降雨强度 时 ， 开始 形成地 表径流 或积水 ， 形 的重要力学 性质之一 ， 其指标对 边坡稳 定性 的影响显 著。对于饱 成有压入 渗。
ａ 参数 来折减前 ） ｂ 参数折 减后 （ １ ５ ） ＝ ． ） ６
图 １ 边 坡 模 型
ｃ 参数折减后（ １ ０ ） ＝ ． ） ７