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降雨条件下非饱和土坡稳定性数值模拟_安全系数-论文网

时间:2014-03-05  作者:张琦
在进行土坡稳定分析时,同样需要将它们结合起来考虑。

图2土坡安全系数与降雨强度和土壤饱和渗透系数的关系

Fig.2Therelationofslopesafetyfactorandrainfallintensityandthepermeabilitycoefficientofunsaturatedsoil

土坡安全系数与降雨强度和土壤饱和渗透系数的关系如图2所示。总体来说,土坡的安全系数随降雨强度的增大而增大,随饱和渗透系数的增大而减小。

土壤饱和渗透系数为k=10m/s时,当降雨强度逐渐增大时,雨后土坡孔隙水压力的变化量逐渐减小,相应的抗剪强度逐渐增大,因此,土坡的安全系数逐渐增大;土壤饱和渗透系数k=10m/s时,三种降雨强度下的孔隙水压力变化相同,相应的抗剪强度变化相同,则土坡安全系数相同。

降雨强度为r=60mm/h时,当土壤饱和渗透系数逐渐增大时,雨后土坡孔隙水压力的变化量逐渐增大,相应的抗剪强度逐渐减小,因此,土坡的安全系数逐渐减小。当土壤饱和渗透系数为10m/s时,三种降雨强度下,雨后土坡始终是不稳定的,说明较大的土壤饱和渗透系数对非饱和土坡稳定的影响很大。

3.2降雨持时的影响

土坡安全系数与降雨持时的关系如图3。总体来说,土坡的安全系数随降雨持时的增加而减小。这是由于随着降雨的进行,雨水入渗量逐渐增加,基质吸力逐渐丧失,孔隙水压力逐渐增大造成的。

在降雨初期,安全系数下降较快,特别是土壤饱和渗透系数较大的土坡,这主要是由于基质吸力对土壤含水率比较敏感,这从土-水特性曲线(见表1)可以看出。如图3(a),在降雨强度为60mm/h,土壤饱和渗透系数为k=10m/s时,4小时以后,土坡将不在稳定;如图3(c),在降雨强度为15mm/h,土壤饱和渗透系数为k=10m/s时,2小时以后,土坡已经不稳定。

随着降雨的进行,土坡安全系数的下降减缓,并逐渐趋于一稳定值,这是由于此时孔隙水压力变化减慢造成的。

图3(a)降雨强度为60mm/h

图3(b)降雨强度为30mm/h

图3(c)降雨强度为15mm/h

图3土坡安全系数与降雨持时的关系

Fig.3Therelationofslopesafetyfactorandtherelationshipwithrain

4结论

降雨入渗是边坡失稳破坏的常遇诱导因素。究其原因,主要是因为这些土坡的近地表浅层土大多为非饱和土,在大气降雨时,雨水人渗使土体饱和度增加,基质吸力锐减并引起土壤抗剪强度大幅度下降,所以当持续降雨的历时和强度超过某种限度时,雨水入渗达到一定深度,则可导致土坡失稳。总之,土坡的安全系数随降雨强度的增大而增大,随饱和渗透系数的增大而减小;土坡的安全系数随降雨持时的增加而减小。

参考文献
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2 殷坤龙,韩再生,李志中.国际滑坡研究的新进展闭[J].水文地质工程地质,2000,(5):1-3
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