降雨對碎石土邊坡穩(wěn)定性的影響分析

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1、萬方數(shù)據(jù)第29卷第l期2O11年1月水電能源科學(xué)WaterResourcesandPowerV01．29No．1Jan．2Ol1文章編號：lOoo一7709(2011)01一0083一03降雨對碎石土邊坡穩(wěn)定性的影響分析寧萬輝1，寧健2，俞美華3，柯傳芳1(1．三峽大學(xué)三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北宜昌443002，2．江西省水利水電建設(shè)有限公司，江西南昌330025；3．中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北武漢434023)摘要：通過試驗(yàn)?zāi)M天然降雨條件，研究了不同的降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、累積降雨量對碎石土邊坡不

2、同部位水壓力的影響，分析了降雨作用下碎石土邊坡的變形破壞機(jī)理及降雨誘發(fā)滑坡的主要作用方式。試驗(yàn)結(jié)果表明，降雨強(qiáng)度、地下水位、降雨持續(xù)時(shí)間是影響坡體穩(wěn)定的重要因素。關(guān)鍵詞：碎石土邊坡}穩(wěn)定性；降雨歷時(shí)，累積降雨量；降雨強(qiáng)度中圖分類號：TVl6；P426．615；P642．2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B堆積土滑坡在土質(zhì)滑坡中占很大比例，而堆積土層大多含松散碎石土。碎石土邊坡穩(wěn)定性受多種因素影響，其中降雨對邊坡變形破壞及穩(wěn)定性是歷來研究的重點(diǎn)。目前。主要通過理論分析和數(shù)值模擬方法研究降雨誘發(fā)滑坡的機(jī)理和過程。文獻(xiàn)[1]利用降雨人滲引起土體

3、抗剪強(qiáng)度降低解釋降雨誘發(fā)滑坡的機(jī)理，提出了一種基于簡化的定量分析方法并據(jù)此對參數(shù)進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[2]運(yùn)用非飽和土力學(xué)觀點(diǎn)分析降雨誘發(fā)滑坡的機(jī)理，認(rèn)為降雨抬升地下水位，增大了孔隙水壓力，雨水滲流帶走顆粒之間的膠結(jié)物，從而影響坡體穩(wěn)定。鑒此，本文通過試驗(yàn)?zāi)M天然降雨條件，以揭示降雨對碎石土邊坡穩(wěn)定性的影響。1降雨作用下碎石土邊坡變形破壞機(jī)理降雨對碎石土邊坡巖土體的抗剪強(qiáng)度一般影響較大(3]。由于非飽和土中還存在基質(zhì)吸力(地一‰)，所以其抗剪強(qiáng)度采用(盯一矩．)和(玩一亂。)這兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)變量來表示，利用這兩個(gè)應(yīng)力狀態(tài)變

4、量建立了相似的抗剪強(qiáng)度公式：rf=c’+(聽一‰)ft99’+(犯。一t‘。)ftg礦(1)式中，d為總應(yīng)力；砧。為空氣壓力；rf為土的抗剪強(qiáng)度；f7為土的有效粘聚力；毋為剪切破壞而上的法向應(yīng)力；M。為孔隙水壓力；(田一亂。)f為破壞面上的凈法向應(yīng)力；97為與法向應(yīng)力(們一‰)有關(guān)的內(nèi)摩擦角；(“。一“，)t為破壞時(shí)破壞面上基質(zhì)吸力；礦為抗剪強(qiáng)度隨(‰一”，)而增加的速率。降雨過程中降雨入滲起加載作用，土體重度增大。當(dāng)降雨人滲補(bǔ)給地下水時(shí)，順斜坡方向的滲透力增大，滑坡體的孔隙水壓力和下滑力均增大，而有效應(yīng)力減小。同時(shí)，

5、在地下水管網(wǎng)狀滲流排泄系統(tǒng)作用下，碎石土邊坡土體中細(xì)顆粒被帶走，等效粘聚力和基質(zhì)吸力降低，內(nèi)聚力的降低導(dǎo)致強(qiáng)度減小，最終促使碎石土邊坡發(fā)生變形失穩(wěn)破壞。2降雨對碎石土滑坡穩(wěn)定性的影響2．1概述三峽庫區(qū)是全國暴雨中心之一，降雨誘發(fā)了大量滑坡，主要有4種作用方式“．5]：①降雨對邊坡巖土體起加載作用，增大巖土體重度，產(chǎn)生動(dòng)靜水壓力；②降雨侵蝕坡角，破壞坡體，改變坡體結(jié)構(gòu)；③雨水滲入弱化巖土體或泥化軟化滑帶，粘土礦物的水化作用導(dǎo)致粘聚力降低，甚至消失，降雨改變邊坡力學(xué)性能；④促進(jìn)滑移面剪應(yīng)力增大及促使抗剪強(qiáng)度降低。不同降雨強(qiáng)

6、度、累積降雨量、降雨歷時(shí)對邊坡的穩(wěn)定性影響不同。2．2試驗(yàn)方法及結(jié)果分析試驗(yàn)所用滑體及滑帶土料均在三峽庫區(qū)取得，在滑體的前、中、后位置布置3個(gè)觀測剖面(圖1)，為減少尺寸效應(yīng)對試驗(yàn)的影響，有必要處理原碎石土中的超粒徑。處理方法主要有剔除法、等量代替法、相似級配法及混合法。圖2為處理后的顆粒級配曲線，試驗(yàn)坡體碎石土和滑帶的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)分別通過室內(nèi)土工試驗(yàn)得到，相應(yīng)物理收稿日期：2010—08一05，修回日期：2010—09一09基金項(xiàng)目：三峽庫區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害高邊坡防護(hù)工程技術(shù)科研基金資助項(xiàng)目；三峽大學(xué)博士啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目

7、(0620080084)作者簡介：寧萬輝(1985一)。男，碩士研究生，研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害防治和巖土力學(xué)試驗(yàn)，E-mail：llillg憂岫hllily@163．徹萬方數(shù)據(jù)·84·水電能源科學(xué)2011年蓬巔套l田■略H“鼎掣■水平距離’nl圖1滑體剖面示意圖jg．1SchematicoflandsI．deprof．1e1L＼、＼、L取樣重度滲透系數(shù)變形模量抗翦指標(biāo)部位／(kN·m一3)八cm·s一1)／MPaf／kPa∥(。)降雨強(qiáng)度不同、降雨時(shí)間相同時(shí)，坡內(nèi)水壓力分布不同，從而對邊坡安全穩(wěn)定性的影響亦不同。為分析此影

8、響，以降雨強(qiáng)度o．3、o．5mm／min為例，分別對降雨歷時(shí)2、4、6、8h測得的滑坡水壓力及位移情況進(jìn)行比較分析。圖3為不同降雨強(qiáng)度下作用在滑動(dòng)面上不同水平位置的水壓力對比。由圖可知：①降雨強(qiáng)度為O．3、o．5mm／min時(shí)，作用于滑動(dòng)面上的水頭壓力都隨降雨歷時(shí)的增加而變化。降雨強(qiáng)度越大，通過非飽和區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)的水量就越多，地下