降雨入渗对土坡稳定性影响分析刘小文,耿小牧(南昌大学建筑工程学院,南昌330029)摘要:在饱和-非饱和渗流理论基础上,从降雨强度、前期降雨总量、不同的土坡坡度以及是否考虑植被护坡等方面对大气降雨条件下土坡的稳定性进行了探讨。分析结果表明,在土体饱和渗透系数一定的条件下,强降雨对土坡稳定系数影响显著;土坡越陡,降雨强度大小对土坡安全性影响就俞显突出;土坡表层植物根系的存在影响非饱和区渗流场分布,可以延缓非饱和区含水量的增大,土坡稳定系数得到提高。关键词:降雨;入渗;非饱和土渗流;土坡中图分类号:P642122文献标识码:A文章编号:1000-3665(2006)06-0040-03收稿日期:2006-03-24;修订日期:2006-05-08基金项目:科技部科研院所社会公益研究专项基金项目资助(2005DIB3J054)作者简介:刘小文(1968-),男,副教授,博士,主要从事岩土工程教学与科研工作。E-mail:cnliuxiaowen@126.com1引言降雨入渗后,土体饱和度提高,在边坡体内很容易形成暂态饱和区,边坡非饱和区基质吸力降低,土体抗剪强度下降,从而导致边坡稳定性的降低。降雨入渗属于非饱和渗流问题,在降雨过程中,土体含水量发生变化,其强度参数也随之变化。黄润秋等[1]研究了非饱和渗流下基质吸力对边坡稳定性影响;高润德等[2]研究了土体渗透性、坡顶垂直裂缝、土体抗剪强度对边坡稳定性的影响;李兆平等[3]分析了降雨强度、降雨持续时间对基坑工程边坡稳定性的影响。本文基于某土坡,运用非饱和渗流理论,对不同的降雨强度、不同的前期降雨量、不同的土坡坡度以及是否有植被护坡下土坡的稳定性进行分析,探讨上述因素对土坡稳定性影响规律,为土坡滑坡的预报和预防提供一定的理论参考。2饱和-非饱和土非稳态流的数值模型211饱和-非饱和土壤水分运动基本方程将达西定律和质量守恒定律结合可导出描述土壤水分运动的基本方程。二维饱和-非饱和土壤水分运动基本方程可表示为[4]:99xkx9H9x+99zkz9H9z=C9H9tH=h+z(1)式中:H)))全水头;h)))压力水头,在饱和区为正,非饱和区为负;z)))位置水头;kx、kz)))土体沿x、z方向的渗透系数,在饱和区等于饱和土的渗透系数,与水头h无关,在非饱和区与水头h有关;C)))容水度,表示单位基质势的变化引起的含水量(体积含水量,下同)的变化,由土水特征曲线斜率的倒数求得。212降雨入渗处理水渗入土壤的强度主要取决于降雨或灌水的方式、强度以及土壤渗水性能。如果土壤渗水性能较强,大于外界供水强度,则入渗强度主要取决于外界供水强度,入渗过程中土壤表面含水量随着入渗而逐渐提高,直至达到某一稳定值。如果降雨强度较大,超过了土壤的入渗性能,就会形成径流或地表积水。程序中处理入渗边界时:当降雨强度小于土壤表面的入渗能力时,按流量边界处理,大小取为降雨强度;当降雨强度大于表层土体的渗透能力,一部分水沿坡面流失,在坡面形成一薄层水膜,此时按定水头处理,由于水膜较薄,表层压力取为0。整个过程由程序根据降雨强度与土体渗透性、流量边界结点孔隙水压的大小自动判别。3非饱和土的抗剪强度本文采用Fredlund提出的双参数模型来计算边坡的稳定:S=cc+(Rn-ua)tgUc+(ua-uw)tgUb(2)式中:cc、Uc)))饱和土体的有效抗剪强度;#40#水文地质工程地质2006年第6期Ub)))由基质吸力引起的吸附角,是含水量的函数;Rn)))剪切面的法向应力;ua、uw)))孔隙气压、孔隙水压。4算例分析如图1所示,土坡坡高6m,地下水位距坡脚地面以下5m,边坡坡度为1B2,初始负孔隙水压力在潜水面上为0,坡顶最大为-30kPa,从潜水面至坡顶之间沿高度按线性分布。土体的孔隙水压力、渗透系数及含水量关系如表1。图1边坡剖面Fig.1Slopeprofile表1土的孔隙水压力、渗透系数及含水量关系Table1Relationofporewaterpressure,coefficientofpermeabilityandwatercontent压力p(kPa)渗透系数k(mPh)含水量-1008172@10-701159-73161118@10-501179-49152119@10-401203-31122103@10-301261-17199105@10-301317-13151120@10-201344-6161143@10-201348-1151147@10-20134901150@10-20135411不同降雨强度对土坡稳定性的影响分析降雨强度对土坡稳定性的影响时,计算3个不同降雨强度下(01001mPh、01006mPh、010125mPh),降雨持续24h后雨停时刻的土坡稳定系数,同时分析土体渗透系...
