不同降雨条件下含软弱夹层土坡渗流特性数值分析①_杨煜.pdf

不同降雨条件下含软弱夹层土坡渗流特性数值分析 ① 杨 煜， 何忠明， 王保林， 马 勇 （长沙理工大学 交通运输工程学院， 湖南 长沙 ４１０１１４） 摘 要 为了研究含软弱夹层土坡在不同强降雨条件下的渗流特性，以临长高速公路（京珠高速湖南临长段）左侧某含软弱夹层失 稳边坡为研究对象，采用有限元 Ｇｅｏ⁃ｓｔｕｄｉｏ 软件建立含软弱夹层土坡数值计算模型，基于饱和⁃非饱和渗流理论，拟定大雨、暴雨及 大暴雨 ３ 种强降雨条件，开展了不同降雨条件下含软弱夹层土坡的渗流特性研究。 研究结果表明，当累积降雨量一定时，３ 种降雨 条件引起含软弱夹层边坡孔隙水压力变化程度大小顺序为大雨＞暴雨＞大暴雨；由于软弱夹层的存在，边坡因雨水入渗而发生滑坡 的进程有所提前；３ 种降雨条件下，坡面湿润峰在粉质黏土层内大体呈现为均匀入渗，在软弱夹层内呈现“Ｖ”字型分布。 降雨量一 定的情况下，降雨等级为大雨时的湿润峰发展速率最快，暴雨次之，大暴雨最慢。 关键词 边坡； 失稳； 渗流特性； 降雨； 软弱夹层； 土坡； 孔隙水压力； 湿润峰 中图分类号 ＴＵ４３２文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１８．０３．００４ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１８）０３－００１５－０５ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ Ｓｅｅｐａｇｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｓｌｏｐｅ ｗｉｔｈ Ｗｅａｋ Ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎｓ ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｒａｉｎｆａｌｌ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ＹＡＮＧ Ｙｕ， ＨＥ Ｚｈｏｎｇ⁃ｍｉｎｇ， ＷＡＮＧ Ｂａｏ⁃ｌｉｎ， ＭＡ Ｙｏｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｒａｆｆｉｃ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０１１４， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｓｌｏｐｅ ｗｉｔｈ ｗｅａｋ ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅｆｔ ｓｉｄｅ ｉｎ Ｌｉｎ⁃Ｃｈａｎｇ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ （Ｌｉｎ⁃Ｃｈａｎｇ Ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｈｕｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ⁃Ｚｈｕｈａｉ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ） ｗａｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｓｅｅｐａｇｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｓｌｏｐｅｓ ｗｉｔｈ ｗｅａｋ ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｅｄ ｌａｙｅｒｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｈｅａｖｙ ｒａｉｎｆａｌｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｔｈｅ Ｇｅｏ⁃ｓｔｕｄｉｏ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ａ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｓｕｃｈ ｗｅａｋ ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｅｄ ｓｏｉｌ ｓｌｏｐｅｓ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓａｔｕｒａｔｅｄ⁃ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｓｅｅｐａｇｅ ｔｈｅｏｒｙ， ｔｈｒｅｅ ｒａｉｎｆａｌｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｈｅａｖｙ ｒａｉｎ， ｒａｉｎｓｔｏｒｍ ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｒａｉｎｓｔｏｒｍ ｗｅｒｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｔ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｗｉｔｈ ｗｅａｋ ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｔｈｒｅｅ ｒａｉｎｆａｌｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｃｈａｎｇｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｏｒｄｅｒｓ ｈｅａｖｙ ｒａｉｎ＞ ｒａｉｎｓｔｏｒｍ ＞ ｈｅａｖｙ ｒａｉｎｓｔｏｒｍ． Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｗｅａｋ ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎｓ， ｔｈｅ ｌａｎｄｓｌｉｄｅ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｒａｉｎｆａｌｌ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｏ ｓｌｏｐｅ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｄ ａｈｅａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｔｉｍｅ． Ｕｎｄｅｒ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｒａｉｎｆａｌｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｔｈｅ ｗｅｔ ｐｅａｋ ｏｆ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｓｕｒｆａｃｅ ａｐｐｅａｒｅｄ ｔｏ ｂｅ ｕｎｉｆｏｒｍ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｉｌｔｙ ｃｌａｙ ｌａｙｅｒ， ａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｏ ｂｅ “Ｖ” ｓｈａｐｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｆｔ ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ． Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ， ｈｅａｖｙ ｒａｉｎ ｗｏｕｌｄ ｌｅａｄ ｔｏ ｔｈｅ ｆａｓｔｅｓｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｗｅｔ ｐｅａｋ， ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ｒａｉｎｓｔｏｒｍ， ｗｈｉｌｅ ｈｅａｖｙ ｒａｉｎｓｔｏｒｍ ｗｏｕｌｄ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｌｏｗｅｓｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｔ ｐｅａｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｌｏｐｅ； ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ； ｓｅｅｐａｇｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ； ｒａｉｎｆａｌｌ； ｗｅａｋ ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ； ｓｏｉｌ ｓｌｏｐｅ； ｐｏｒｅ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ； ｗｅｔ ｐｅａｋ 软弱夹层作为一种层状或带状的软弱结构层存在 于岩石边坡或者风化的岩土边坡内，其厚度、力学性能 以及变形模量相对于临近岩土体较小，特别是在降雨 过程中，软弱夹层结构层的饱和抗压强度不足于抗压 强度的一半。 含软弱夹层的土坡破坏形式及其发展形 式主要取决于组合体系的稳定性，而该体系与周围环 境的相互作用下又影响着土坡的发展，因此，含软弱夹 层土坡结构的破坏与该系统的失稳是相互制约和影响 的［１－２］。 降雨是诱发土坡失稳的主要诱因，降雨入渗 引起的边坡滑坡破坏已经成为边坡工程研究的热点之 ①收稿日期 ２０１７－１２－１０ 基金项目 国家自然科学基金（５１５０８０４２，５１６７８０７３）；湖南省重点研发计划项目（２０１６ＳＫ２０２３） 作者简介 杨 煜（１９９１－），男，河南南阳人，硕士研究生，主要从事道路与铁道工程研究工作。 通讯作者 何忠明（１９８０－），男，湖南永兴人，教授，博士（后），主要从事道路与铁道工程方面的教学与科研工作。 第 ３８ 卷第 ３ 期 ２０１８ 年 ０６ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３８ №３ Ｊｕｎｅ ２０１８ ChaoXing 一［３］。 目前国内外相关学者主要侧重于对软弱夹层 边坡的失稳机理进行研究［３－６］，而在强降雨条件下边 坡渗流特性的分析较为少见。 本文基于以上国内外研 究现状，分析了强降雨条件下含软弱夹层边坡的渗流 特性，为降雨条件下边坡稳定性分析提供参考。 １ 饱和⁃非饱和渗流理论 边坡的降雨入渗过程可视为典型的饱和⁃非饱和 渗流过程，且边坡的渗流本构模型在原则上仍然符合 达西渗流定律。 通过方程的化简，降雨条件下非恒定 渗流偏微分方程［７］为 ∂ ∂ｘ ｋｘ ∂Ｈ ∂ｘ ■ ■ ■ ■ ■ ■＋ ∂ ∂ｙ ｋｙ ∂Ｈ ∂ｙ ■ ■ ■ ■ ■ ■＋ Ｑ ＝ ｍｗγｗ ∂Ｈ ∂ｔ （１） 式中 ｋｘ和 ｋｙ分别为 ｘ、ｙ 方向的渗透系数；Ｈ 为总水头； Ｑ 为边界降雨；γｗ为水的重度；ｍｗ为比水容量；ｔ为渗 流时间。 边坡降雨过程中的非恒定渗流的初始条件为 Ｈ（ｘ，ｙ，０） ＝ Ｈ０ （ｘ，ｙ） ∈ Ω（２） 式中 Ｈ０为初始边界水头；Ω 为模型边界计算区域。 为了进一步分析，通常建立土水特征曲线和渗透 系数曲线。 其中，土体渗透系数经常用到的方法是室 内外试验确定以及采用经典公式 Ｖａｎ Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎ［８］模 型进行拟合求出，化简后可得 θｗ － θ ｒ θｓ － θ ｒ ＝ １ １ ＋ α ｕａ － ｕ ｗ []ｎ {} １－ １ ｎ （３） ｋ ＝ ｋｓ { １ － α（ｕａ － ｕ ｗ） [] ｎ－１ １ ＋ （α（ｕａ － ｕ ｗ）） ｎ [] １ ｎ－１} ２ { １ ＋ α（ｕａ － ｕ ｗ） []ｎ} １－ｎ ２ （４） 式中 ｕａ为孔隙气压力；ｕｗ为孔隙水压力；θｓ为土体内 饱和体积含水率；θｒ为土体残余体积含水率；α 为基质 吸力的倒数；ｎ 为孔隙尺寸分布参数；θｗ为土体体积含 水率；ｋｓ为饱和渗透系数；ｋｗ为不同基质吸力条件下 土体的渗透系数。 ２ 边坡模型建立 ２．１ 拟定降雨条件 不同的降雨强度、降雨历时对边坡的破坏程度有 着最为直接的影响。 为了分析不同降雨条件下含软弱 夹层土坡的渗流特性，对湖南省长沙地区近 ５０ 年的降 雨资料进行分析［９］，拟定大暴雨、暴雨及大雨３ 种雨量 等级为本文研究降雨条件。 为保证降雨总量一致，本 文针对不同降雨强度设定了不同降雨历时，具体降雨 方案见表 １。 表 １ 降雨方案 雨量 等级 降雨强度 ／ （ｍｍｓ －１ ） 降雨历时 ／ ｈ 降雨总量 ／ ｍｍ 大暴雨１．８５２ １０ －３ ２４１６０ 暴雨９．２５９ １０ －４ ４８１６０ 大雨４．６３０ １０ －４ ９６１６０ ２．２ 边坡数值模拟计算参数 临长高速公路左侧某含软弱夹层失稳边坡结构层 大体分为粉质黏土层和软弱夹层，软弱夹层由边坡内 部分较为破碎、裂隙和节理较为发育岩层与邻近薄层 和植物残骸夹杂混合而成。 其中，软弱夹层在边坡内 呈带状倾斜分布，分别位于二、三级边坡坡脚处，经现 场量测，两条带状软弱夹层的厚度均为 ２ ｍ 左右。 岩 层物理力学参数［１０］见表 ２。 表 ２ 岩层物理力学参数 岩性 重度 ／ （ｋＮｍ －３ ） 黏聚力 ／ ｋＰａ 内摩擦角 ／ （） 弹性模量 ／ ＭＰａ 泊松 比 渗透系数 ／ （ｃｍｓ －１ ） 粉质黏土层２５３１２７３８０．２７１．２５ １０ －６ 软弱夹层１２１６１３６０．３６１．０２ １０ －４ 为描述降雨入渗在含软弱夹层边坡内的渗流特性， 通过室内试验，测得边坡粉质黏土层和软弱夹层的饱和 体积含水率分别为 ２５％和 ４３％，残余体积含水率分别为 ９％和１３％。 采用经典的 Ｖａｎ Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎ 模型拟合降雨入 渗条件下，边坡粉质黏土层和软弱夹层体积含水率及渗 透系数随基质吸力的变化关系分别如图１ 和图２ 所示。 基质吸力/kPa 45 40 35 30 25 20 15 10 200406080100 体积含水率/ 粉质黏土层 软弱夹层 ■ ● 图 １ 体积含水率随基质吸力变化规律 基质吸力/kPa 110-3 110-4 110-5 110-6 110-7 110-8 110-9 110-10 200406080100 渗透系数/m h-1 粉质黏土层 软弱夹层 ■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■■■ ■■■ ■■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ● ● ● ●● ● ● ● ● ●●● ●●● ●● ● ● ● ● ● ●● ● ● 图 ２ 渗透系数随基质变化规律 ６１矿 冶 工 程第 ３８ 卷 ChaoXing ２．３ 建立数值分析模型 拟依托临长高速公路左侧某含软弱夹层失稳边坡 工程实例，通过 Ｇｅｏ⁃ｓｔｕｄｉｏ 软件建立平面二维的三级 含软弱夹层路堑边坡，其中，第一、二级边坡坡高为 １０ ｍ，第三级边坡坡高为 ８ ｍ，坡率均为 １∶１，地基高为 ２２ ｍ ，两种软弱夹层均设定为高度 ２ ｍ 的水平带状结 构层，分别位于二、三级边坡坡脚处，其出露位置距坡 脚 ２ ｍ 高，并出现稍微倾斜。 因此，在保证计算结果可 靠性的基础上，考虑计算精度的影响，将模型划分为 ４ ５２４个单元，共 ４ ３６２ 个节点。 此外，为便于对含软弱夹层边坡计算模型进行渗 流监测，在模型中设置了如图 ３ 所示的监测点 １～４ 及 Ａ０⁃Ａ１、Ｂ０⁃Ｂ１、Ｃ０⁃Ｃ１、Ｄ０⁃Ｄ１共 ４ 个流量截面。 其中，监 测点 １～３ 分别位于各级边坡面中点以下 ２ ｍ 处，监测 点 ４ 位于坡顶以下 ２ ｍ 处，距边坡面 １０ ｍ；流量截面 Ａ０⁃Ａ１、Ｂ０⁃Ｂ１、Ｃ０⁃Ｃ１、Ｄ０⁃Ｄ１分别位于 Ｘ 坐标 ３０、４２、 ５６、６６ ｍ 处，与边坡处垂直高度平行。 高程高度/m 50 40 30 20 10 0 监测点4 监测点3 监测点2 监测点1 A1 B1 C1 D1 D0C0B0A0 软弱夹层 水平距离/m 0102030405060708090100 图 ３ 渗流分析二维计算模型 ３ 计算结果分析 ３．１ 孔隙水压力随降雨历时的纵向变化 随着降雨历时增加，雨水在边坡面逐渐入渗，导致 边坡内孔隙水压力发生明显变化，从而打破边坡原有 的自然平衡条件，使边坡存在一定的失稳风险。 为着 重考虑降雨历时对边坡渗流规律的影响，分别在 ３ 种 降雨条件下，对监测点 １～４ 进行孔隙水压力监测，并 采用数据分析软件对监测数据进行系统整理，整理结 果如图 ４ 所示。 由图 ４ 可知，在 ３ 种降雨条件下，边坡 各监测点负孔隙水压力都随降雨历时增加而逐渐减 小，雨停后，又随入渗雨水在坡表面的消散而缓慢恢 复。 虽然各监测点的负孔隙水压力在降雨条件下的变 化总体趋势一致，但不同监测点、不同降雨强度下的孔 隙水压力变化仍有较大区别。 同种降雨强度下，无论 在哪种降雨强度，监测点 １ 的负孔隙水压力减小速率 都是最快，监测点 ２ 和 ３ 略小于监测点 １，但监测点 ３ 的负孔隙水压力减小速率明显低于其它各监测点。 监 测点 １、２、４，在降雨强度为大暴雨时，随着降雨历时增 加，监测点负孔隙水压力逐渐减小，降雨历时 ２４ ｈ 时， 监测点 １、２、４ 的负孔隙水压力达到最小值，停雨阶段， 负孔隙水压力逐渐恢复；降雨强度为暴雨时，监测点 １、２、４ 的负孔隙水压力在降雨历时 ２４ ｈ 左右达到饱和 状态，并在后续的降雨过程中，相对保持着这种状态； 降雨强度为大雨时，降雨达到 ２４ ｈ 左右后，监测点 １、 ２、４ 负孔隙水压力也逐渐减小至饱和状态，并在降雨 阶段保持稳定。 对于监测点 ３，降雨强度为大暴雨时， 负孔隙水压力最小值在－５０ ｋＰａ 左右；降雨强度为暴 雨或大雨时，负孔隙水压力的最小值在－２０ ｋＰａ 左右。 时间/h 20 0 -20 -40 -60 -80 -100 240487296120 孔隙水压力/kPa b 时间/h 20 0 -20 -40 -60 -80 -100 240487296120 孔隙水压力/kPa a 时间/h 20 0 -20 -40 -60 -80 -100 240487296120 孔隙水压力/kPa c 停雨阶段降雨阶段 停雨阶段降雨阶段 停雨阶段降雨阶段 监测点1 监测点2 监测点3 监测点4 ■ ● ▲ ▲ 监测点1 监测点2 监测点3 监测点4 ■ ● ▲ ▲ 监测点1 监测点2 监测点3 监测点4 ■ ● ▲ ▲ 图 ４ 各监测点孔隙水压力随降雨历时的纵向分布规律 （ａ） 大暴雨； （ｂ） 暴雨； （ｃ） 大雨 从上述分析现象来看，降雨量 １６０ ｍｍ 时，并不是 降雨强度越强而引起的边坡孔隙水压力变化越明显。 对边坡监测点 ３ 而言，负孔隙水压力的变化幅度是最 ７１第 ３ 期杨 煜等 不同降雨条件下含软弱夹层土坡渗流特性数值分析 ChaoXing 小的，不同降雨强度下的负孔隙水压力变化也是不同 的。 其原因为３ 种降雨条件在坡表面入渗时，由于其 降雨强度大于土壤允许入渗量，从而形成了坡表径流， 而监测点 ３ 位于三级边坡处，虽然雨水会在三级边坡 软弱夹层内快速入渗，但产生坡表径流的雨水会由于 重力作用经二级和一级边坡表面进行大量流失，故监 测点 ３ 的负孔隙水压力变化幅度较小。 此外，当降雨 使边坡负孔隙水压力减小至一定值时，随着降雨历时 增加，负孔隙水压力会逐渐趋于稳定值，此时，雨水在 边坡面的入渗量也趋于稳定。 可见，边坡内孔隙水压 力的变化受降雨强度、降雨历时及所在位置等多种因 素共同作用，作用机理相对复杂。 ３．２ 孔隙水压力在固定时刻的横向变化 为了进一步研究降雨入渗对边坡孔隙水压力的影 响，分别在 ３ 种降雨条件下，选取雨停时刻（大暴雨、 暴雨及大雨 ３ 种降雨雨量累积达 １６０ ｍｍ），对截面 Ａ０⁃Ａ１、Ｂ０⁃Ｂ１、Ｃ０⁃Ｃ１、Ｄ０⁃Ｄ１进行孔隙水压力监测，监测 结果如图 ５ 所示。 从图 ５ 可以看出，在 ３ 种降雨条件 下，降雨量累积达到 １６０ ｍｍ 时，各截面顶端的孔隙水 压力已经达到饱和状态，即在坡面处形成饱和区，饱和 区以下又形成过渡区、传导区和湿润区。 其中，截面 Ｃ０⁃Ｃ１和 Ｄ０⁃Ｄ１穿过了软弱夹层，并在软弱夹层所在的 高程范围内，负孔隙水压力明显减小，呈“Ｖ”字型分 布。 此外，坡面与软弱夹层之间仍然存在一部分负孔 隙水压力，这部分较大的负孔隙水压力，除对坡面入渗 的雨水形成吸力外，同时也将对软弱夹层内的雨水渗 流形成吸力，使入渗至软弱夹层内的雨水在因重力向 下渗流的同时，又因吸力作用而向上渗流。 这样，由于 软弱夹层的高渗透性，雨水很快入渗至软弱夹层内部， 再从夹层内部向边坡内部进行渗流，明显加快了雨水 入渗至边坡内部的速率，使边坡整体强度降低。 从上 述分析中可以推断出，降雨量 １６０ ｍｍ 时，３ 种降雨条 件引起边坡孔隙水压力变化程度的大小顺序为大雨＞ 暴雨＞大暴雨，此外，由于软弱夹层的存在，明显加速了 雨水入渗至边坡内的速率，使边坡因雨水入渗而发生 滑坡的进程有所提前；雨停后，软弱夹层内雨水的消散 速率又明显低于边坡粉质黏土层，使边坡在雨停之后 依然存在失稳的威胁。 ３．３ 降雨入渗条件下边坡湿润峰发展规律 降雨条件下，由于土是三相体系，因此雨水会入渗 至土体内，在雨水入渗的过程中，可以将土壤的剖面划 分为 ４ 个区域，从上到下依次为饱和区、过渡区、传导 区和湿润区。 其中湿润区的边界，即干土与湿土之间 的分界线，称为湿润峰。 本文所研究的含软弱夹层土 坡，由于软弱夹层与粉质黏土层的渗透系数及力学强 孔隙水压力/kPa 50 40 30 20 10 0 -60-120060120180 高程高度/m 非饱和区饱和区 孔隙水压力/kPa 50 40 30 20 10 0 -60-120060120180 高程高度/m 非饱和区 强风化软弱夹层 饱和区 孔隙水压力/kPa 50 40 30 20 10 0 -60-120060120180 高程高度/m 非饱和区饱和区 孔隙水压力/kPa 50 40 30 20 10 0 -60-120060120180 高程高度/m 非饱和区饱和区 大暴雨24 h 暴雨48 h 大雨96 h ■ ● ▲ 大暴雨24 h 暴雨48 h 大雨96 h ■ ● ▲ 大暴雨24 h 暴雨48 h 大雨96 h ■ ● ▲ 大暴雨24 h 暴雨48 h 大雨96 h ■ ● ▲ 强风化软弱夹层 a b d c 图 ５ 各截面孔隙水压力在雨停时刻的横向分布规律 （ａ） Ｄ０⁃Ｄ１； （ｂ） Ｃ０⁃Ｃ１； （ｃ） Ｂ０⁃Ｂ１； （ｄ） Ａ０⁃Ａ１ 度不一，势必导致雨水在这两种结构层中的湿润峰有 所不同。 为了研究含软弱夹层边坡在降雨条件下坡面 形成湿润峰的发展规律，分别在 ３ 种降雨条件下对边 坡湿润峰进行模拟，由于篇幅限制，本文只给出降雨量 为 ８０ ｍｍ 和 １６０ ｍｍ 时的湿润峰模拟图，具体如图 ６ 所示。 ８１矿 冶 工 程第 ３８ 卷 ChaoXing 图 ６ 不同降雨条件下坡面湿润峰发展规律 （ａ） 大暴雨，雨量 ８０ ｍｍ； （ｂ） 大暴雨，雨量 １６０ ｍｍ； （ｃ） 暴雨，雨量 ８０ ｍｍ； （ｄ） 暴雨，雨量 １６０ ｍｍ； （ｅ） 大雨，雨量 ８０ ｍｍ； （ｆ） 大雨，雨量 １６０ ｍｍ 由图 ６ 可知，３ 种降雨条件下，边坡面湿润峰发展 大体趋势相同，即在粉质黏土层内大体呈现为均匀入 渗，在软弱夹层内明显凸起，呈现出“Ｖ”字型分布。 在 降雨阶段内，随着降雨量持续补给，边坡面湿润峰逐渐 向边坡内部发展，所包围的面积也逐渐扩大；此外，在 降雨量一定的情况下，大雨时的湿润峰发展速率最快， 暴雨次之，大暴雨最慢。 这是因为降雨量一定时，大 暴雨降雨强度大，达到相同降雨量所需时间较短，因 此，更多的雨水并没有入渗至边坡内，而是形成坡表径 流；大雨时，由于降雨强度相比大暴雨和暴雨较小，达到 相同降雨量所需时间较长，因此，更多的雨水会入渗至 边坡面，使边坡面湿润峰的发展速率最快，面积最广。 ４ 结 论 １） 边坡表面负孔隙水压力随降雨历时增加而逐 渐减小，雨停后，又随雨水消散而逐渐恢复。 ２） 当降雨量累积一定时，３ 种降雨条件引起边坡 孔隙水压力变化程度的大小顺序为大雨＞暴雨＞大暴 雨，此外，由于软弱夹层的存在，明显加速了雨水入渗 至边坡内的速率，使边坡因雨水入渗而发生滑坡的进 程有所提前。 ３） ３ 种降雨条件下，边坡面湿润峰发展大体趋势 相同，即在粉质黏土层内大体呈现为均匀入渗，在软弱 夹层内明显凸起，呈现出“Ｖ”字型分布，降雨量一定的 情况下，大雨时的湿润峰发展速率最快，暴雨次之，大 暴雨最慢。 参考文献 ［１］ 许宝田，钱七虎，阎长虹，等． 多层软弱夹层边坡岩体稳定性及加 固分析［Ｊ］． 岩石力学与工程学报， 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