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降雨入渗对土质边坡稳定性的影响分析

科技情报开发与经济scI—TEcHINFORMArI’10NDEVELOPMENT&Ec0NOMY2006年第16卷第5期文章编号:1005—6033(2006)05一0174—02收稿日期:2005—11_0l降雨入渗对土质边皱稳定性的影晌分析

黄伟,杨仕教,曾晟

(南华大学建筑工程与资源环境学院,湖南衡阳,421001)

摘要:降雨往往是诱发土质边坡失稳的主要因素之一,雨水渗入土体,引起作用在土

体上的动水荷载和静水荷载增大和土体抗剪强度降低,导致边坡产生滑动破坏。探讨

了边坡降雨入渗模式、饱和一非饱和土渗流模式及饱和一非饱和土强度理论对土质边

坡稳定性的影响。

关键词:饱和一非饱和土;降雨入渗;边坡稳定

中图分类号:U416.1+4文献标识码:A

边坡在雨季容易产生滑坡这是一个普遍现象,正常情况下这些边坡

是稳定的,但随着降雨时间的推移和雨水的人渗作用,一些看来十分可靠的边坡可能在雨季发生滑坡。调查研究表明,绝大多数土坡失稳出现在降雨期间或降雨之后,可见降雨人渗对土质边坡稳定性影响具有重要意义‘“。

随着孔隙介质非饱和渗流和土体饱和渗流理论的发展,在国内外已越来越清楚地认识到雨季的土坡滑坡、泥石流等地质灾害与土体非饱和渗流密切相关,即降雨入渗等会导致地下水位以上非饱和区孔隙水压力的升高,产生附加的水荷载,同时降低土体的抗剪力学强度指标。本文简要分析边坡降雨入渗模式及对边坡的作用,探讨饱和一非饱和土渗流模式及饱和一非饱和土强度理论对土质边坡稳定性的影响,以引起对降雨入渗影响边坡稳定性的关注。1边坡降雨入渗模式

降雨入渗是一个非常复杂的过程,包括坡顶人渗、坡面人渗、顺裂隙入渗、裂隙向土体渗流和重力条件下土体内渗流等多种形态,见图l。当边坡土体渗透系数较大时,降雨很容易渗流到土体深部饱和区,降雨直接补给地下水,使得土体浅部难以达到较高的饱和度,边坡处于较稳定状态。当大气降水率大于边坡土体的人渗率时,雨水对边坡的危害主要表现在两个方面:一是土体坡浅层迅速达到饱和,坡面形成地表径流,对坡面造成冲刷;二是渗透到坡体内部,导致渗流场的变化而引起作用在土体上动水荷载和静水荷载的增大和土体抗剪参数的降低,边坡土体的含水量增大,并同时产生一定的渗流力,强度降低和渗流力的共同作用使边坡的稳定性降低,导致边坡产生滑动破坏。因此,了解雨水在边坡上

网(a)(b)

图5交携设备和MDF不在同一机房的接地连接图(2)应避免在雨后立即测量接地电阻。

(3)采用交流电流表一电压表法时,电极的布置宜采用图7所示的方法。(责任编辑:胡建平)

图6测量接地电阻时电极的布置

电压极

电流极

图7测量接地电阻时电压极和电流极的三角形布置方法

大学电子信息系,工程师,中铁十二局电气化工程有限公司,山西省太原市西线街,030024.

第一作者简介:李春盛,男,1971年2月生,1994年毕业于太原理工

DiscussionontheStandardsoftheGro眦Idil喀ofC&C08Exchanger

LIChun-sheng

ABSTRACT:Fromaspectsofthegeneralprinciples,thegroundingoftheequipment,andtheground—resistance,etc.,

thispaperputsforwardthestandardsofthe

groundingofC&C08exchangerfor

impr0Vingthequalityoftheeonstlllction“

theelectricalengineering.

KEYWoRDS:C&C08exchanger;groundingstandard;constmctionofelectricalengineering174 万方数据

黄伟,杨仕教,曾晟降雨人渗对土质边坡稳定件的影响分析本刊E—mail:bjb@mail.威inf0.net科技研讨

上上j上上上上上土上上上上上上Jr上Jr

图1边坡降雨入渗示意图

的渗流形态,对于进一步研究边坡降雨人渗规律以及在考虑降雨入渗条件下边坡的稳定性分析,都具有重要的意义。

2饱和一非饱和土渗流模型

在降雨入渗过程中,土坡内出现饱和区域和不饱和区域,彼此相互作用和影响,尤其是对于边坡的稳定,不仅在饱和区域,就是在不饱和区域,其饱和度值影响也很大。在饱和区雨水渗流是多孔介质中流体流动,服从达西定律;在非饱和区雨水渗流是一个非常复杂的问题,是一个多因素互相耦合的过程,主要包括固、液、气三相的体积比,空气压力,土骨架体变,可溶盐含量,温度等。水在非饱和土中的渗流也服从达西定律,但与饱和土中渗流不同之处是非饱和土的渗流系数不是常量,而是土体饱和度的函数,因此必须要有能应用于饱和区一不饱和区两种区域的分析方法。根据多孔介质模型和多孔介质流体动力学原理,建立饱和非饱和土的稳态和非稳态流的二维数值模型[2]:

稳态流:砉Ik警I+軎[女m警l_o(1)函数。

畔’+(口≯以)ta叩’+(仉一巩)t∞矿(3)式中:c’,妒‘为饱和土体的有效抗剪强度指标;矿为随吸力变化的内摩擦角;(即以)为破坏时破坏面上的净法线向应力状态;(以一乩)为破坏时破坏面上的基质吸力。

由式(3)可以看出:非饱和土的抗剪强度除了与c’,妒’饱和土体的有效抗剪强度指标及法向应力有关外还与(玑一玑)吸力有关。当土接近饱和时,土壤水的基质吸力趋于零,则基质吸力项消失,变为饱和土的抗剪强度公式。在实际应用中,基质吸力的量测比较困难,它对量测技术和仪器的要求都很高,所以基质吸力值不易量测准确,误差也较大。现在一般做法是根据实验室测得的土水特性曲线(soilwatercharacteristic,swc)来具体确定现场的基质吸力。

3.2饱和一非饱和的边坡稳定性分析

饱和土质边坡的稳定性分析方法很多,主要分为两大类:滑动面法、单位应力法。滑动面法根据不同的假设和不同的静力平衡条件分为多种,如:普遍极限平衡法、简化Bish叩法、简化Janbu法及不平衡推力法等,理论已很成熟。

对于饱和一非饱和边坡的稳定分析,要考虑负孔隙水压力的存在,其稳定性分析常用总黏聚力法¨],将由负孔隙水压力提供的抗剪强度((o仉)t8婶‘项纳入c’黏聚力项中,则:

c=c’+(以一巩)taIl矿(4)

式(3)可以写成:

印=c+(巩一以)t卿7』(5)式(5)与饱和土的摩尔一库仑准则形式相同,这样考虑负孔隙水压力的非饱和边坡稳定分析便可用成熟的饱和边坡稳定分析方法来研究。

非稳态流:軎卜警卜軎卜警]啦吣警(2)4结语式中:≈。。,%。为各向异性土的主渗透系数,对于各向同性土%。:j}。;

k为孔隙水压力水头;m、为相应于基质吸力变化d(以一仉)的水体积变化系数;队为水的密度。

3考虑降雨入渗非饱和土质边坡的稳定性分析

3.1饱和一非饱和土抗剪强度理论

边坡失稳的根本原因在于土体内部某个面上的剪应力达到它的抗剪强度,剪应力达到抗剪强度主要是由于剪应力增加和抗剪强度降低引起的,从而使稳定平衡受到破坏。非饱和土坡在降雨入渗的情况下,重度增加,下滑力增大,同时,其抗剪强度又因含水率增加而急剧下降,这是降雨引发土坡失稳的根本原因,从而研究降雨人渗对土体的抗剪强度的影响有重要意义。

对于饱和土来说,可用传统的抗剪强度公式,但非饱和土由于负孔隙水压力的存在,其抗剪强度计算公式变得十分复杂,如何确定非饱和土的抗剪强度公式就成为非饱和土边坡稳定分析的一个重要的问题。虽然各国不少学者提出各种各样的理论公式,但现在被工程界广泛接受的是Fredlund提出的抗剪强度公式,用(以一以),(以一£。)两个独立应力变量来描述非饱和土的应力状态,非饱和抗剪强度表示成这两个独立变量的

(1)雨季时土坡滑坡、泥石流等地质灾害与土体非饱和渗流密切相关,边坡土体的渗透性对边坡稳定性的影响较大,要加强重点地段的边坡土体渗透性和降雨入渗研究。

(2)在分析土坡稳定性时,应用饱和一非饱和土抗剪强度理论和稳定性分析方法,计算边坡在降雨作用影响下的稳定性,加强对土质边坡稳定性的预测。

参考文献

[1]史弘鹤,王殿春.降水入渗对非饱和土坡稳定性的影响[J].西部探矿工程,2004(9):36—39.

[2]朱文彬.公路边坡降雨引起的渗流分析[J]I长沙铁道学院学报,2002,20(2):104—108.

[3]D?G?弗雷德隆德,H?拉哈乐佐.非饱和土力学[M].陈仲颐,译.北京:中国建筑工业出版社,1997:8.

(责任编辑:薛培荣)

第一作者简介:黄伟,男,1972年8月生,1996年毕业于长春地质学院,讲师,南华大学建筑工程与资源环境学院,湖南省衡阳市,421001.

Analysisonthe

hlfl眦nceoftheRainfaHIIlnltrationontheStabilityofSoilSlope

小丁ANGWei,YANGShi-jiao,ZENGSheng

ABSTRACT:Theminfallisoneofthemaiorfactorscausingthesoilslopef新1ure.Whent}lerainwaterpe彻eatesintothesoilslope,t}lehydrodynamicloadandhydrostatica¨oadonmesoiIbodywilIbeincreasedandtheshearstreng£hofthesoilbodywillbeI.educed,whichwillcausetheslidingfailureofthesoilslope.7I'hispaperprobesintotheinnuenceoftheminfallin矗ltrationmodel,thesaturated—unsaturatedsoilinfiltrationmodelandthesaturated—unsaturatedsoilstrengtlltheoryontllestabilitvoftllesoilslope.

KEYWoRDS:saturated—unsaturatedsoil;rain蹦1i蕊1tration;stabilityofslope

175 万方数据

降雨入渗对土质边坡稳定性的影响分析

作者:黄伟, 杨仕教, 曾晟, HUANG Wei, YANG Shi-jiao, ZENG Sheng

作者单位:南华大学建筑工程与资源环境学院,湖南,衡阳,421001

刊名:

科技情报开发与经济

英文刊名:SCI-TECH INFORMATION DEVELOPMENT & ECONOMY

年,卷(期):2006,16(5)

被引用次数:3次

参考文献(3条)

1.史弘鹤.王殿春降水入渗对非饱和土坡稳定性的影响[期刊论文]-西部探矿工程 2004(09)

2.朱文彬公路边坡降雨引起的渗流分析[期刊论文]-长沙铁道学院学报 2002(02)

3.D·G·弗雷德隆德.H·拉哈乐佐.陈仲颐非饱和土力学 1997

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文中将渗流场的孔隙水压力引入非饱和土抗剪强度理论中,并将其作为土坡稳定分析的重要因素。运用MATLAB软件编制的土坡稳定分析程序

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Peng-fei降雨入渗对滑坡渗流场和稳定性的影响分析-铁道工程学报2009,""(7)

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,探讨在降雨入渗条件下坡体孔隙水压力及基质吸力的变化规律,分析降雨强度、降雨持续时间等参数对滑坡稳定性及安全系数的影响.从微观和基质吸力的角度评价滑坡防治效果,为维护线路的安全运营提供参考.研究结论:降雨入渗及地下水位变化使得坡体内孔隙水压力发生急剧变化,并且各区域呈现不同的变化规律;降雨初期,孔隙水压力变化最明显;滑带土各区域基质吸力因降雨及水位变化而呈现不同的变化规律,降雨后期滑带土基质吸力基本丧失,对坡体的稳定和安全不利;水位变化、降雨强度、降雨持续时间对坡体的稳定性均有较大的影响,其中受降雨强度和水位变化的综合影响最显著,在强降雨和地下水位升降时,坡体稳定系数急剧降低.

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(1)基于多相流理论和非饱和土的渗流理论,建立了同时考虑水相和气相流动的稳定-非稳定、饱和-非饱和渗流的水-气二相流模型,运用积分有限差分方法求解水-气二相流问题,开发了相应的求解程序SEEP2P,并对Muskat问题和室内空气出流试验(奥地利Graz技术大学)进行数值模拟,验证了程序的正确性和有效性。

(2)将降雨入渗过程作为入渗水流驱替土壤空气的水-气二相流过程进行研究,基于水-气二相流模型,借助边界条件单元,给出了处理降雨入渗边界条件的合理的数学处理方法,利用水-气二相流模型,对降雨入渗问题进行数值模拟,得到考虑孔隙气影响的非稳定渗流场的孔压变化过程,并且与单相流模型的计算结果进行比较,从而证明了对于降雨入渗的非稳定渗流问题,采用水-气二相流模型求解的必要性。

(3)基于水-气二相流模型对岸坡在坡外水位波动下的非稳定渗流场进行研究。得到了孔隙水、孔隙气和毛细压力的变化过程以及相应的水相、气相饱和度的分布情况,并对土体饱和、非饱和状态的相互转换过程进行重点研究,进一步明确浸润线的概念。为了精确模拟水位波动的边界条件,借助边界条件单元,给出随时间变化的Dirichlet边界条件的数学处理方法,使得水位波动引起的岸坡非稳定渗流问题的求解更加符合实际。

(4)将考虑气相影响的渗流场用于边坡稳定的分析中,结合非饱和土的抗剪强度公式,考虑了基质吸力(孔隙气压力与孔隙水压力的差值)对边坡稳定的作用,比以往的分析方法更加全面。首先从理论上分析,考虑基质吸力后,土体的抗剪强度将增大,然后计算不同降雨强度和持续时间下土坡安全系数的变化,从数值上反映了基质吸力对边坡稳定的作用。

(5)依托具体工程,阐述水-气二相流模型在模拟压气新奥法隧洞施工工艺中的应用,计算出不同施工进度下开挖面和隧洞混凝土衬砌上的空气损失量为预测工程费用提供合理依据。利用水-气二相流模型来模拟气垫式调压室在运行过程中超压空气通过岩体裂缝和软弱破碎带渗漏问题。可计算出通过裂缝的空气损失,为气垫室调压室的初步设计或漏气补救措施提供良好依据。因为模型考虑了洞室围岩的孔隙水压力和渗透性,比以往的经验方法更合理。

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2.刘桂琴.刘宏.王睿某机场高填方边坡变形破坏机制分析[期刊论文]-矿业研究与开发 2008(2)

3.仲南艳.殷晓明.王斐航道护岸工程中基槽边坡稳定研究[期刊论文]-水运工程 2007(11)

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