降雨條件下非飽和土邊坡的穩(wěn)定性分析.pdf

1、我國華南地區(qū)廣泛分布著非飽和的殘積土，在這些地區(qū)修路開挖山體形成的高陡路塹邊坡常常地下水位很深，地下水位以上是很厚的非飽和土層，如果受到了持續(xù)的降雨入滲影響，非飽和土的飽和度升高，吸力強度減弱，甚至在局部有可能形成暫態(tài)飽和區(qū)和暫時的附加孑L隙水壓力，這些都會降低土體的穩(wěn)定性。如果按常規(guī)的條分法只考慮地下水位以下的孔隙水壓力的話，就無法體現(xiàn)出降雨發(fā)生以后土坡非飽和土層強度降低甚至發(fā)生淺層滑坡的可能。因此降雨發(fā)生以后，有必要把這些土坡的飽和

2、與非飽和層的水分滲流過程統(tǒng)一起來分析，把計算出來的滲流場以正、負孔隙水壓力的形式表示，再代入考慮了基質(zhì)吸力的改進條分法公式中對邊坡穩(wěn)定性統(tǒng)一分析。 在廣東梅州河源地區(qū)花崗巖、變質(zhì)巖的風(fēng)化殘積層分布很廣泛，連接兩地的梅河高速公路沿線開挖山體、削坡形成了很多高陡的路塹邊坡，其上覆蓋的殘積土層也有十幾、二十幾米厚，因此有必要對這些邊坡在降雨發(fā)生后的水分分布狀況用飽和-非飽和滲流理論進行分析，然后再進行穩(wěn)定性計算。 本文先介紹了

3、飽和一非飽和滲流理論，并說明求解控制微分方程所需要的土水特征曲線、非飽和滲透系數(shù)等參數(shù)的獲取以及降雨入滲邊界流量的確定方法，然后給出控制方程的定解條件以及用Galerkin加權(quán)余量法推導(dǎo)出來的有限元矩陣方程。 然后在梅河高速某處60米高的路塹邊坡附近采集土樣并進行了室內(nèi)試驗。用安全簡便的滲析技術(shù)測定了殘積土、全風(fēng)化花崗巖等土樣的土水特征曲線，此次滲析實驗明確了：(1)用PEG溶液浸泡土樣施加吸力時，應(yīng)用攪拌器攪拌滲析，靜置(不攪

4、拌)滲析效果不夠理想；(2)攪拌滲析時間不宜過長，如攪拌滲析時間超過3天，土樣含水量將明顯偏大；小于5克的粘性土土樣攪拌滲析1天時間足夠讓土樣與PEG溶液之間的水分交換達到平衡；(3)半透膜與土樣之間應(yīng)保持良好的接觸，應(yīng)盡量消除土樣與半透膜之間的小空隙以防止?jié)B析溶液水分進入膜內(nèi)空隙濕潤土樣。另外還進行了殘積土的一維土柱的模擬降雨入滲試驗：對比了幾種不同含水量、不同雨強下的入滲試驗；分析了土柱在降雨時的入滲率隨時間的變化規(guī)律；確定了邊坡表

5、層土體在降雨入滲時濕潤鋒前的基質(zhì)吸力、土柱在濕潤鋒通過后的穩(wěn)定含水量等相關(guān)參數(shù)。從而利用Green-Ampt降雨入滲模型計算邊坡表層土的入滲率作為降雨入滲的流量邊界。接著介紹了基于Fredlund非飽和土抗剪強度理論推導(dǎo)出來的改進Bishop法、Janbu法。最后對該60米高路塹邊坡應(yīng)用二維飽和一非飽和滲流有限元程序SEEP/W分析了邊坡的滲流場在開挖后加固前以及加固后在干季和雨季兩種初始狀態(tài)下受降雨強度、降雨歷時和不同土水特征曲線的影

6、響，并用SLOPE/W程序計算了邊坡相應(yīng)的穩(wěn)定性。結(jié)果認為：(1)該邊坡如果在雨季開挖可能發(fā)生滑坡，在干旱季節(jié)開挖也只能基本保持穩(wěn)定；(2)在第一至第三級邊坡共加8層錨索支護以后，土坡穩(wěn)定性大幅提高，即使遭遇50年一遇的大雨也能保持較高穩(wěn)定性；(3)如果邊坡土體的土性參數(shù)如孔隙尺寸增大的話，需要注意邊坡在強降雨后或雨季發(fā)生淺層滑坡。 通過本文的分析，初步探討了降雨影響下非飽和土坡的穩(wěn)定性分析方法，能從多一個角度對邊坡的安全性進行