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1、工程試驗(yàn)與研究廣東建材2016年第6期連續(xù)強(qiáng)降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響分析郝付軍-武電坤2(1陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司)【摘要】降雨是誘發(fā)邊坡破壞的重要因素之一，在連續(xù)強(qiáng)降雨作用下，降雨入滲導(dǎo)致邊坡的孔隙水壓力及基質(zhì)吸力的減小，地下水位線的抬升，水與邊坡結(jié)構(gòu)的相互作用，會(huì)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。基于邊坡分析的飽和一非飽和理論和邊坡穩(wěn)定性理論，運(yùn)用Geo—studio軟件模擬了3d時(shí)間內(nèi)連續(xù)強(qiáng)降雨300蚴情況下湖北武漢某隧道出口處邊坡孔隙水壓力和安全系數(shù)的變化特征，預(yù)測(cè)了邊坡的穩(wěn)定性變化情況。強(qiáng)降雨引起邊坡的剪切力強(qiáng)度減小，導(dǎo)致邊坡的安全系
2、數(shù)降低，應(yīng)采取防護(hù)和加固措施避免強(qiáng)降雨引起邊坡發(fā)生破壞?！娟P(guān)鍵詞】連續(xù)強(qiáng)降雨；邊坡：飽和一非飽和理論；穩(wěn)定性分析；數(shù)值模擬1引言近年來，邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)漸漸地成為了巖土工程研究的基本問題之一，尤其是在眾多邊坡失穩(wěn)等自然災(zāi)害的發(fā)生之后，其得到了廣泛的關(guān)注，目前邊坡穩(wěn)定性分析已成為巖土工程中重要的研究方向[1-3]。邊坡失穩(wěn)不僅給人民的安居樂業(yè)造成了極大的威脅，而且增加工程單位的建設(shè)費(fèi)用和國家的投入。降雨是造成邊坡破壞的一個(gè)重要因素心]，我國幅員遼闊，各類邊坡眾多，連續(xù)強(qiáng)降雨產(chǎn)生的邊坡破壞數(shù)量大、破壞嚴(yán)重。研究強(qiáng)降雨作用下邊坡的破壞規(guī)律和防治措施是非常有必要的。當(dāng)前研究降雨對(duì)邊
3、坡穩(wěn)定性的影響主要理論依據(jù)是飽和一非飽和土理論、邊坡穩(wěn)定性理論。本文運(yùn)用Geo—stu—dio模擬了連續(xù)強(qiáng)降雨作用下邊坡的降雨入滲規(guī)律和穩(wěn)定性分析，探討其規(guī)律，查找治理和防護(hù)措施，為預(yù)防此類條件下邊坡失穩(wěn)提供科學(xué)的預(yù)防措施。2邊坡穩(wěn)定性分析理論邊玻處于飽和一非飽和狀態(tài)時(shí)，在地下水位線以上存在著負(fù)孔隙水壓力即基質(zhì)吸力，降雨作用會(huì)改變地下水位線和基質(zhì)吸力，從而影響坡邊坡的抗剪強(qiáng)度?？紤]到基質(zhì)吸力對(duì)土體的抗剪強(qiáng)度及滑坡的安全系數(shù)有很大的影響，F(xiàn)redlundtal提出了基于飽和一非飽和狀態(tài)下的Mohr—Coulomb準(zhǔn)則，給出了剪應(yīng)力t和抗剪強(qiáng)度t，的表達(dá)公式：1，=c7+(0。
4、一U，)tan由7+(u?！?tan由。(式1)t=旱sin2Q+T。，cos2Q(式2)T=—七_(dá)-土Q+T。，Q(式2)一52一。。=坐+翠Q．．。inCOS2Sn22YQ(式3)o=一!一!+』一———LQ—TQ(式3)“21?。。根據(jù)極限平衡原理，根據(jù)以上三式可得到滑坡的安全系數(shù)公式：F(式4)用條分法分析時(shí)考慮力的平衡可以得到滑坡的安全系數(shù)計(jì)算公式為：口￡㈠cos¨卜。熹tan～。。(卜導(dǎo)tan))tan中cosn)口一＼中傘7／／s————————ENi而Ⅱ+Ek—W—-ZDco—su—_+gi————一(式5)式中：B——條塊基地的長度；Q——條塊底邊切線與
5、水平方向的夾角：N——條塊底部的法向離；k＼卜條塊形心上受到的水平地震荷載；卜線荷載；ca)——線荷載與水平方向的夾角；A——外部施加的水壓力。3工程應(yīng)用分析3．1邊坡地質(zhì)狀況湖北省武漢市某隧道的出口處為一邊坡，邊坡的左邊界最高點(diǎn)的高程是39．5m，右邊界最高點(diǎn)的高程是30．75m，邊坡的地寬是20．4m，邊坡總體較陡。邊坡地質(zhì)情況見圖l。等=S廣東建材2016年第6期工程試驗(yàn)與研究ZU．●15々U雖目碎石暫目粘土口紅轱土圖1邊坡地質(zhì)剖面圖由圖1可知，邊坡主要存在兩層土體，上層為含碎石粉質(zhì)粘土，下層為紅粘土。上層土體的最大埋深是14．0m，主要分布在邊坡的后壁，前緣分布較少
6、，下層土體埋深較深，厚度較小，厚度都在3．0m左右。由于上層是含碎石的粉質(zhì)粘土，所以其孑L隙率比較大，方便雨水的入滲，為強(qiáng)降雨的條件下邊坡的破壞埋下隱患，圖中藍(lán)線表示地下水位線的分布情況。湖北省武漢市屬亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，具有四季分明、氣候溫和、雨量充沛的氣候特征。冬夏溫差大，歷年7月份氣溫最高，平均氣溫為28．8℃～31．4℃，極端最高氣溫41．3℃(1934．8．10)，歷年最低氣溫為1月，平均為2．6℃～4．6"C，極端最低氣溫-18．1℃(1977年11月30日)。每年7、8、9月為高溫期，12月至翌年2月為低溫期，并有霜凍和降雪發(fā)生。本區(qū)域雨量充沛，氣候濕潤，多
7、年平均降雨量1261．2mm，降雨一般集中在6～8月，約占全年降雨量的41％。最大年降雨量2107．1mm，最大日降雨量317．4mm(1959．6．9)，平均器皿蒸發(fā)量為1447．9mm，絕對(duì)濕度年平均為16．4毫巴，濕度系數(shù)為0．90，大氣影響急劇深度為1．35m。3．2數(shù)值模型分析3．2．1數(shù)值計(jì)算模型通過分析邊坡情況和研究需要，在Geo-studio中建立邊坡模型，如圖2所示，本邊坡模型共計(jì)1158個(gè)節(jié)點(diǎn)，1110個(gè)單元。3．2．2邊界條件為了真實(shí)的表現(xiàn)邊坡內(nèi)部地下水位的情況，模型的地下水位線，采取多點(diǎn)分段
