邢精連，侯 麗，張?zhí)扃?/p>

(南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇 南京 210000)

降雨是導(dǎo)致滑坡的重要因素之一[1- 2]，針對(duì)降雨下的邊坡滲透特性及穩(wěn)定性規(guī)律，國(guó)內(nèi)外研究較多：榮冠[3]基于飽和非飽和的入滲理論，對(duì)強(qiáng)降雨下的元磨公路典型工程邊坡滲透穩(wěn)定性規(guī)律進(jìn)行了研究；王建明[4]考慮了爆破與降雨的綜合效應(yīng)，對(duì)含裂紋邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性數(shù)值模擬；余培杰[5]采用數(shù)值模擬的手段對(duì)露天礦邊坡在降雨條件下的滲流穩(wěn)定規(guī)律進(jìn)行了探討；肖耀廷[6]基于水文模型推測(cè)了邊坡所處地區(qū)的年降雨分布，以此為基礎(chǔ)預(yù)測(cè)了邊坡的穩(wěn)定性規(guī)律；楊智勇[7]對(duì)土質(zhì)邊坡的分區(qū)域失效概率進(jìn)行了綜合考慮。但是以上研究均未涉及到考慮不同土-水特征曲線下的邊坡穩(wěn)定性規(guī)律，事實(shí)上，不同的土-水特征參數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響巨大[8- 10]，但是，鮮有對(duì)降雨條件下的不同土-水特征曲線敏感性分析的案例報(bào)道。

基于現(xiàn)有研究，本文基于非飽和滲流原理，對(duì)不同土-水特征參數(shù)下的降雨邊坡滲流規(guī)律及穩(wěn)定性規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了邊坡內(nèi)部不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的孔壓i變化規(guī)律及安全系數(shù)分布，研究結(jié)果為正確認(rèn)識(shí)不同土-水特征參數(shù)下的邊坡滲透穩(wěn)定性規(guī)律提供了思路。

1 計(jì)算理論

1.1 非飽和降雨滲流理論

降雨入滲下，邊坡土體的滲流遵循以下方程：

(1)

1.2 邊坡安全系數(shù)公式

非飽和土的抗剪強(qiáng)度理論采用Fredlund & Xing[11- 15]提出的抗剪強(qiáng)度公式：

s=c′+σntanφ′+ua-uw)tanφb

(2)

式中，s—非飽和土的抗剪強(qiáng)度；c′—有效粘聚力；φ’—有效內(nèi)摩擦角；φb—材料屬性；ua—孔隙氣壓力；uw—孔隙水壓力。

2 計(jì)算模型

圖1 計(jì)算模型及網(wǎng)格

計(jì)算模型如圖1所示，設(shè)置上部與下部監(jiān)測(cè)點(diǎn)來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)邊坡內(nèi)部不同點(diǎn)的孔壓變化。邊坡高度hf=14m，坡腳高度ac=7m，坡比為1∶2，初始條件為圖1所示的初始水位線計(jì)算所得的初始滲流場(chǎng)作為整個(gè)計(jì)算模型的初始條件，邊界條件設(shè)置如下：cdef為降雨入滲邊界；cb，gf，ah為不透水邊界，ab，gh為定水頭邊界，分別為3m與8m。模型網(wǎng)格如圖2所示，整個(gè)模型共劃分為1347個(gè)節(jié)點(diǎn)，1552個(gè)單元。

材料的基礎(chǔ)參數(shù)如下：飽和體積含水量θs為0.1m3/m3，重度γ為18.6kN/m3，黏聚力c為22kPa，內(nèi)摩擦角φ為16°，φb為20°。非飽和參數(shù)a，m，n，k基礎(chǔ)參數(shù)取為a=10kPa，m=1，n=4，k=0.01m/d，相應(yīng)的計(jì)算工況為改變土體非飽和參數(shù)k，a，m，n，計(jì)算邊坡的滲透穩(wěn)定性，降雨強(qiáng)度取為0.01m/d，降雨持續(xù)時(shí)間取為10d，考慮停雨10d的情況，相應(yīng)工況見表1。

3 計(jì)算結(jié)果

3.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)孔壓

不同土-水特征參數(shù)下的不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)孔壓如圖2—3所示。

總體而言，上部監(jiān)測(cè)點(diǎn)孔壓隨時(shí)間呈現(xiàn)在降雨時(shí)迅速增大，而在降雨結(jié)束時(shí)刻緩慢減小的趨勢(shì)，而下部監(jiān)測(cè)點(diǎn)孔壓則呈現(xiàn)在降雨時(shí)刻迅速增大，而在降雨結(jié)束時(shí)刻緩慢增大的趨勢(shì)，造成下部監(jiān)測(cè)點(diǎn)

表1 計(jì)算工況

在降雨結(jié)束時(shí)刻不同的原因是下部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的孔壓受到上部邊坡的雨水排泄作用，使得下部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的孔壓在降雨結(jié)束時(shí)刻難以下降。對(duì)于上部監(jiān)測(cè)點(diǎn)，參數(shù)a與參數(shù)m和孔壓上升的幅度呈正相關(guān)，而參數(shù)n與參數(shù)k越大，在降雨時(shí)上升越快，在降雨結(jié)束

圖2 上部監(jiān)測(cè)點(diǎn)孔壓變化規(guī)律

后下降也越快。對(duì)于下部監(jiān)測(cè)點(diǎn)來說，參數(shù)m，n與孔壓上升的幅度呈正相關(guān)，參數(shù)a越大，孔壓增幅缺越小，但是在參數(shù)a=40kPa時(shí)卻有一個(gè)突然的上升，參數(shù)k越大，前期孔壓上升幅度也越大，而在降雨結(jié)束后孔壓下降也越快。

3.2 安全系數(shù)變化

不同工況下的邊坡安全系數(shù)的變化規(guī)律如圖4所示。

由圖可見不同工況下的安全系數(shù)呈現(xiàn)在降雨時(shí)迅速下降，而停雨后緩慢下降的趨勢(shì)。參數(shù)a越大，

圖3 下部監(jiān)測(cè)點(diǎn)孔壓變化

圖4 安全系數(shù)變化規(guī)律

整體安全系數(shù)越大，但是當(dāng)a=40kPa時(shí)整體安全系數(shù)有一個(gè)突然的陡降；參數(shù)m，n，k越大，安全系數(shù)整體上也越大。參數(shù)k在降雨前期安全系數(shù)幾乎一致，而在降雨后期安全系數(shù)則隨著滲透系數(shù)k的增大而減小。

4 結(jié)論

(1)上部監(jiān)測(cè)點(diǎn)孔壓隨時(shí)間呈現(xiàn)在降雨時(shí)迅速增大，而在降雨結(jié)束時(shí)刻緩慢減小的趨勢(shì)，參數(shù)a與參數(shù)m和孔壓上升的幅度呈正相關(guān)，而參數(shù)n與參數(shù)k越大，在降雨時(shí)上升越快，在降雨結(jié)束后下降也越快。

(2)下部監(jiān)測(cè)點(diǎn)孔壓則呈現(xiàn)在降雨時(shí)刻迅速增大，而在降雨結(jié)束時(shí)刻緩慢增大，參數(shù)m，n與孔壓上升的幅度呈正相關(guān)，參數(shù)a越大，孔壓增幅缺越小，但是在參數(shù)a=40kPa時(shí)卻有一個(gè)突然的上升，參數(shù)k越大，前期孔壓上升幅度也越大，而在降雨結(jié)束后孔壓下降也越快。

(3)不同工況下的安全系數(shù)呈現(xiàn)在降雨時(shí)迅速下降，而停雨后緩慢下降的趨勢(shì)。參數(shù)a越大，整體安全系數(shù)越大，但是當(dāng)a=40kPa時(shí)整體安全系數(shù)有一個(gè)突然的陡降；參數(shù)m，n，k越大，安全系數(shù)整體上也越大。參數(shù)k在降雨前期安全系數(shù)幾乎一致，而在降雨后期安全系數(shù)則隨著滲透系數(shù)k的增大而減小。