考虑降雨软化效果的边坡稳定性分析-sup-①-_sup-_朱晓珍.pdf

考虑降雨软化效果的边坡稳定性分析 ① 朱晓珍１， 胡少华１，２， 章 光１， 赵顺利１ （１．武汉理工大学 资源与环境工程学院，湖北 武汉 ４３００７０； ２．武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 ４３００７２） 摘 要 基于修正的 Ｍｏｈｒ⁃Ｃｏｕｌｏｍｂ 强度准则，采用流⁃固耦合数值分析方法，在 ＡＢＡＱＵＳ 平台上进行了考虑雨水入渗岩体软化后的 边坡稳定性分析。 以某电站厂房后边坡为工程实例进行分析，分析结果与实际情况基本相符，反映了雨水对岩体的软化作用以及 对边坡的稳定性有不利影响。 研究结果对雨水软化后的边坡支护及稳定性分析具有工程指导意义。 关键词 边坡稳定性； 降雨入渗； 强度弱化； 流⁃固耦合 中图分类号 ＴＵ４４３文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１７．０５．００６ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１７）０５－００２５－０５ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｌｏｐｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｉｍｐａｃｔ ｂｙ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｗｅａｋｅｎｉｎｇ ｕｎｄｅｒ Ｒａｉｎｆａｌｌ Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ＺＨＵ Ｘｉａｏ⁃ｚｈｅｎ１， ＨＵ Ｓｈａｏ⁃ｈｕａ１，２， ＺＨＡＮＧ Ｇｕａｎｇ１， ＺＨＡＯ Ｓｈｕｎ⁃ｌｉ１ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０， Ｈｕｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７２， Ｈｕｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ ｆｌｕｉｄ⁃ｓｏｌｉｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｍｏｈｒ⁃Ｃｏｕｌｏｍｂ ｆａｉｌｕｒｅ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｒａｉｎｆａｌｌ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｔａｋｅｎ ｉｎｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ＡＢＡＱＵＳ． Ａ ｓｌｏｐｅ ｂｅｈｉｎｄ ｏｎｅ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ ｗａｓ ｔａｋｅｎ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｆｏｒ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ ｓｕｃｈ ｍｅｔｈｏｄ， ｓｈｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｌｍｏｓｔ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ． Ｉｔ ｉｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｒａｉｎｆａｌｌ ｃａｎ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｏｆ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｂｒｉｎｇ ｓｏｍｅ ａｄｖｅｒｓｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ． Ｓｕｃｈ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｍａｙ ｂｅ ｏｆ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｗｉｔｈ ｓｏｍｅ ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｂｙ ｒａｉｎｆａｌｌ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｌｏｐｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ； ｒａｉｎｆａｌｌ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ； ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｗｅａｋｅｎｉｎｇ； ｆｌｕｉｄ⁃ｓｏｌｉｄ ｃｏｕｐｌｉｎｇ 边坡稳定性研究是岩土工程一直探讨和研究的基 础性课题，降水引起的边坡失稳更是众多学者关注的 问题。 大量工程实践表明，边坡失稳大都发生在雨季， 雨水的入渗不仅增加了边坡岩体的自重，同时岩体的 物理力学性质也受到影响［１］。 降雨入渗是典型的非 饱和流⁃固耦合问题，雨水的入渗使边坡岩体的含水量 和孔隙压力增大，基质吸力减小甚至完全丧失，二者共 同作用导致岩体抗剪强度降低，有效应力减小，从而影 响边坡的稳定性［２］。 目前研究降雨对边坡稳定［３－７］的影响，主要考虑 降雨入渗在一定程度上增加边坡表层饱和区的自重和 雨水入渗导致的负孔隙水压力减小，并未考虑到雨水 软化效应。 强降雨入渗条件下边坡失稳原因极其复 杂，如何综合考虑多因素的影响成为研究的重点。 本 文基于修正后 Ｍｏｈｒ⁃Ｃｏｕｌｏｍｂ 强度准则，采用流⁃固耦 合的计算方法，在 ＡＢＡＱＵＳ 软件二次开发平台上，考 虑了雨水入渗岩体软化后边坡岩体的稳定性分析，并进 行点安全系数分析，边坡破坏情况与工程实际相符，揭 示了岩体强度弱化对边坡稳定性造成的影响。 １ 非饱和流⁃固耦合分析理论 １．１ 修正的 Ｍｏｈｒ⁃Ｃｏｕｌｏｍｂ 强度准则 Ｔｅｒｚａｇｈｉ 提出有效应力原理，即有效应力等于上 层总压力减去孔隙水压力。 只有有效应力的变化才会 ①收稿日期 ２０１７－０４－２３ 基金项目 国家自然科学基金面上项目（５１５７９１８８）；中国博士后科学基金资助项目（２０１５Ｍ５８０６７２）；水资源与电工程科学国家重点实验室 开放基金资助项目（２０１５ＳＧＧ０２）；金属矿山安全与健康国家重点实验室开放基金（２０１６－ＪＳＫＳＳＹＳ－０１） 作者简介 朱晓珍（１９９２－），女，浙江义乌人，硕士，主要从事复杂岩体结构研究。 通讯作者 胡少华（１９８６－），男，江西万年人，博士（后），主要从事裂隙岩体水⁃力耦合试验与数值模拟方面研究。 第 ３７ 卷第 ５ 期 ２０１７ 年 １０ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３７ №５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１７ ChaoXing 引起强度的变化，Ｔｅｒｚａｇｈｉ 将库伦提出的强度剪切准 则引入有效应力，改写为 τｆ＝ （σｎ － ｕ ｗ）ｔａｎφ′ ＋ ｃ′ （１） 非饱和强度理论以 Ｍｏｈｒ⁃Ｃｏｕｌｏｍｂ 强度理论为基 础，有两类非饱和强度理论公式被岩土工程界广泛认 可［８］。 Ｂｉｓｈｏｐ［９］基于 Ｍｏｈｒ⁃Ｃｏｕｌｏｍｂ 破坏准则提出了 非饱和抗剪强度有效应力公式和 Ｆｒｅｄｌｕｎｄ［１０］提出的 双应力变量公式，分别为 τｆ＝ ［（σｎ － ｕ ａ ） ＋ χ（ｕａ － ｕ ｗ）］ｔａｎφ′ ＋ ｃ′ （２） τｆ＝ （σｎ － ｕ ａ）ｔａｎφ′ ＋ （ｕａ － ｕ ｗ）ｔａｎφｂ ＋ ｃ′ （３） 式中 ｃ′为有效内聚力；σｎ为破坏面上的法向总应力； ｕａ为破坏时在破坏面上的孔隙气压力，一般的边坡稳 定性分析将孔隙气压力取为大气压，即 ｕａ＝０；ｕｗ为破 坏时破坏面上的孔隙水压力；φ′为有效的内摩擦角； φｂ为随吸力 ｕａ －ｕ ｗ变化的内摩擦角；χ是与饱和度相 关的参数，由于该非饱和有效应力项中的χ难以确定， 因此多采用 Ｆｒｅｄｌｕｎｄ 提出的非饱和抗剪强度公式来 确定。 引入等效内聚力的概念，可得到修正后的 Ｍｏｈｒ⁃ Ｃｏｕｌｏｍｂ 强度准则 τｆ＝ （σｎ － ｕ ａ）ｔａｎφ′ ＋ ｃ″ （４） ｃ″ ＝ （ｕａ － ｕ ｗ）ｔａｎφｂ ＋ ｃ′ （５） 式中 ｃ″为等效内聚力。 可以看出式（４）与式（１）相类似，本文进行边坡稳 定性分析时采用 Ｆｒｅｄｌｕｎｄ 抗剪强度公式作为修正后的 Ｍｏｈｒ⁃Ｃｏｕｌｏｍｂ 强度准则。 取 φｂ＝ １５［１１］，采用修正后的 Ｍｏｈｒ⁃Ｃｏｕｌｏｍｂ 准则 对边坡稳定进行了分析，但是依据 Ｆｒｅｄｌｕｎｄ 和 Ｇａｎ 的 试验结果［８］，摩擦角 φｂ并不是一个定值，其与基质吸 力的关系主要有 ４ 种线性关系、幂函数关系、线性函 数与幂函数组合型关系、双曲线函数与幂函数组合型 关系。 其中，线性关系可表示为 φｂ＝ ２８．５ － ０．１ ［（ｕａ － ｕ ｗ） ＋ （ｕａ － ｕ ｗ）ｓｔ］ （６） １．２ 点安全系数 边坡稳定性分析一般采用安全系数，但安全系数 反映的是边坡整体稳定情况，无法反映边坡各部位的 安全情况。 为分析岩体各个单元的稳定程度，Ｈｏｅｋ 等［１２］把点安全系数概念引入边坡稳定性分析中。 点 安全系数可表述为某点所能调动的最大剪切强度与 该点可能出现的有效剪应力之比。 边坡点安全系数的 一般公式为 Ｋｐ＝ σｆ ＋ ｃ τ （７） 式中 ｆ、ｃ 分别为滑动面抗剪摩擦系数和抗剪内聚力； σ 和 τ分别为计算点处应力斜面的正应力和剪应力。 完全线弹性状态［１３］并不适用于现实岩体的分析， 因此根据计算所采用的强度屈服准则来推导点安全系 数。 采用普遍应用的带抗拉 Ｍｏｈｒ⁃Ｃｏｕｌｏｍｂ 本构关系 推导对应点安全系数。 点安全系数可分为强度储备型 （ＳＧ）和最小距离型（ＣＥ），以下计算采用强度储备型 安全系数，考虑孔隙水压力影响，对强度储备型点安全 系数进行了修正，见图 １。 D E C c O′O σσ1σ3 u 修正后 包络线 τ σ′ 3 σ′ 1 φ φ π 2 图 １ 应力状态及 Ｍｏｈｒ⁃Ｃｏｕｌｏｍｂ 强度包络线 推导过程如下 Ｋｐ＝ ＣＤ ＣＥ ＝ ［（σ１′ ＋ σ３′） － （σ１′ － σ３′）ｓｉｎφ］ｔａｎφ ＋ ２ｃ （σ１′ － σ３′）ｃｏｓφ （８） 由于岩体中一点的应力状态不完全受压，因此当 一点受拉时，应改用抗拉屈服准则判定 Ｋｔ＝ σｔ σ３ （σ３ ≤ ０）（９） 强度储备型点安全系数表示的是该点所处法向应 力所能提供的 Ｋｐ，若 Ｋｐ＝ １．０ 或 Ｋｔ＝ １．０，则该点已经 破坏。 １．３ 岩体雨水软化效应 水对边坡岩土的软化作用主要表现在以下几个方 面① 水在介质空隙中流动产生与重力相反的浮力， 使岩体的有效重力减少；② 水的流动对岩体产生一定 作用力，岩体的抗滑能力下降；③ 水与岩体矿物颗粒 发生化学反应，使岩体强度降低。 降雨会降低岩体的 抗剪强度，高地下水位使孔隙水压力升高，长时间、高 强度的降雨使得地下水位以上区域出现暂态饱和 区［１４］。 雨水对边坡岩体软化作用多表现为边坡表面 局部垮塌与整体滑动相结合的破坏模式［１５］。 众多学 者都认为水对岩体具有一定的软化作用，从物理力 学性质改变岩体的强度［１６］，因此水对岩体的软化效 应对边坡稳定性分析也是应该考虑的重要影响因素 之一。 ６２矿 冶 工 程第 ３７ 卷 ChaoXing １．４ 流⁃固耦合分析的数值实现 边坡中渗流场和应力场之间的关系主要体现在孔 隙流体压力的改变引起岩体应力场的改变，岩体应力 场的改变又会使其渗透性发生变化，同时岩体渗透 性的改变反过来影响孔隙流体的流动及压力分布。 渗流场和应力场相互作用，相互影响，两者处于一个动 态的平衡状态。 因此采用流⁃固耦合分析可以更加全 面地研究降雨引起的边坡变形特征、应力分布和破坏 机理，可以更好地反映边坡实际状态的应力场和位移 场。 本文采用直接耦合方法对应力场和渗流场进行空 间离散来建立数学模型，其基本原理为［１７－１９］采用 Ｇａｌｅｒｋｉｎ 有限元格式，将节点位移和孔隙水压力作为 节点自由度，则应力场平衡方程和渗流场连续方程可 分别写成 ［Ｋ］｛Δδ｝ － ［Ｌ］｛Δｐ｝ ＝ ｛Ｆ｝ － ｛Ｉ｝（１０） ［＾Ｂ］ Ｔ｛ｖ｝ ＋ ［＾ Ｈ］｛ｐ｝ ＝ ｛Ｑ｝（１１） 式中［Ｋ］为通常的刚度矩阵；｛Δδ｝为位移增量；［Ｌ］为 节点孔隙水压力所对应的节点力；｛Δｐ｝为孔隙水压力 增量；｛Ｆ｝为节点外荷载；｛Ｉ｝为上一增量迭代步产生 的不平衡力；［ ＾ Ｂ］为节点变形率对应的体积改变率； ｛ｖ｝为｛δ｝对时间的导数；［ ＾ Ｈ］为孔压变化对应的体积 改变率；｛ｐ｝为孔隙水压力；｛Ｑ｝为节点流量。 将式（１０）与（１１）直接进行耦合求解得到流固耦 合控制方程，在一个时间步长 Δｔ 内，以流固耦合控制 方程为基础进行迭代求解。 本文在 ＡＢＡＱＵＳ 数值分 析软件上进行二次开发，开展上述岩体渗流场与应力 场的直接耦合分析，计算中视“流”和“固”为连续体， 多孔介质系统用连续系统来代替，通过能被测量的变 量来描述流体在多孔介质中的流动，使渗流和变形耦 合控制方程建立在具体的物理现象之上［２０］。 同时建 立模型初始边界条件和应力渗流条件，使控制方程及 其求解过程满足模型设置的条件，实现渗流⁃应力场的 直接耦合。 ２ 工程应用 以某电站厂房后边坡为工程实例，以修正 Ｍｏｈｒ⁃ Ｃｏｕｌｏｍｂ 强度准则为本构模型，定义材料参数为饱和 度的函数，采用流⁃固耦合分析方法，在 ＡＢＡＱＵＳ 二次 开发的基础上进行数值计算分析，研究边坡在降雨软 化后的位移、应力、安全系数的变化，与未考虑软化的 情况进行对比，结合工程实际验证降雨入渗对边坡稳 定性的影响。 ２．１ 模型建立及参数获取 边坡表层采用分层建模，分为弱风化泥岩、弱风化 砂岩、强分化砂岩和坡积土，边坡长 １３４ ｍ，坡脚高程 ６４９ ｍ，坡顶高程 ７８３ ｍ，公路以下边坡坡度为 １ ∶ ０．６ （边坡最低处台阶坡度为 １ ∶ ０．４），公路以上边坡坡度 为 １∶０．７５。 网格模型、材料分区及监测点分布见图 ２。 计算参数如表 １ 所示。 其中岩体在降雨前处于干燥状 态，坡积土渗透系数为 ５１０ －６ ｍ／ ｓ，其他岩体渗透系数 为 ８．２９１０ －７ ｍ／ ｓ。 该边坡开挖后采用预应力锚索支 护，但由于连降暴雨，导致多处坡脚破坏，其中边坡最 低处坡脚破坏最为严重，威胁到厂房安全。 D B A C 783.00 坡积土 弱风化砂岩 649.00 强风化砂岩 公路 锚索1 锚索2 弱风化泥岩 图 ２ 计算模型及监测点分布图（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 为监测点） 表 １ 材料计算参数 岩体 名称 天然容重 ／ （ｋＮｍ －３ ） 摩擦 系数 内聚力 ／ ＭＰａ 弹性模量 ／ ＧＰａ 柏松 比 坡积土１８．００．４２０．０５０．０３０．３２ 强风化砂岩２１．００．４８０．０５１．４０．３０ 弱风化砂岩２５．９０．６００．６８．００．２６ 弱风化泥岩２５．００．５００．３３．００．２８ ２．２ 边界条件设定 降雨入渗过程相当复杂，在 ＡＢＡＱＵＳ 平台进行边 坡降雨入渗分析中常采用降雨强度 ｑ（单位流通量）、土 壤允许入渗的容量 ｆｑ或土壤饱和时水力传导系数 Ｋｗｓ这 ３ 个因子描述降雨入渗的过程与行为。 以降雨强度 ｑ 为降雨边界函数，不考虑降雨形成的地表积水，其中暴 雨过程中，１２ ｈ 内降雨强度线性递增到 ２０ ｍｍ／ ｈ，在该 降雨强度下持续 ６０ ｈ，然后 １２ ｈ 内均匀递减到 ０。 ２．３ 计算结果分析 ２．３．１ 应力分析 随着降雨历时增加，边坡内部负孔隙水压力逐渐 转化为正孔隙水压力，引起岩体的有效应力逐渐减小， 水对岩体的软化作用越明显［２１］。 针对降雨后边坡稳 定性，分别计算考虑雨水软化和未考虑软化情况，从监 测点应力变化、位移变化及锚索拉应力状态进行分析。 图 ３ 为监测点等效偏应力⁃时间历程图，等效偏应力反 映了复杂应力状态下受剪程度。 ７２第 ５ 期朱晓珍等 考虑降雨软化效果的边坡稳定性分析 ChaoXing 降雨时间/h a b 特征点A 特征点B 特征点C 特征点D 1.8 1.5 1.2 0.9 0.6 0.3 0.0 200406080100 等效偏应力/MPa 降雨时间/h 特征点A 特征点B 特征点C 特征点D 1.8 1.5 1.2 0.9 0.6 0.3 0.0 200406080100 等效偏应力/MPa 图 ３ 监测点等效偏应力⁃时间历程图 （ａ） 考虑软化效应； （ｂ） 未考虑软化效应 图 ４ 为降雨前后屈服区分布图。 从图 ４ 可以看 出，由于降雨入渗的影响，边坡浅层部位剪应力增加， 边坡浅层较容易出现塑性破坏区，最终可能导致边坡 表层分层坍塌，并由坡趾沿坡面逐渐向坡顶延伸。 考 虑岩体强度弱化后，屈服区明显扩大，且坡脚锚索加固 处的岩体已完全屈服。 图 ４ 边坡屈服区分布图 （ａ） 降雨前； （ｂ） 未考虑软化效应； （ｃ） 考虑软化效应 图 ５ 为降雨过程中锚索应力⁃时间历程图。 由于雨 水入渗，边坡含水量增加，容重增大，使得坡趾处剪应力 增大，锚索拉应力增大。 其中未考虑岩体强度弱化时， 锚索的拉应力比考虑弱化后的小。 考虑岩体强度弱化 后锚索已经失效（拉应力达到抗拉极限 ４９０ ＭＰａ），此时 边坡内部岩体应力重新调整，导致该处岩体屈服区扩 大，与图 ４ 相一致，也与工程实际情况基本相符。 降雨时间/h 弱化-锚索1 未弱化-锚索1 未弱化-锚索2 弱化-锚索2 560 480 400 320 240 160 200406080100 拉应力/MPa 图 ５ 锚索应力⁃时间历程图 ２．３．２ 位移分析 图 ６ 为监测点 Ａ、Ｂ 水平及铅直位移⁃时间历程 图。 从图６ 可以看出，未考虑岩体强度弱化时，Ａ、Ｂ 监 测点位移均很小，只有毫米级。 当考虑弱化影响后，监 测点位移达到 １０ ｃｍ。 从图中可以看出，无论是边坡 水平位移还是铅直位移均与降雨过程基本一致，位移 随降雨强度增大而增大。 在降雨后期，随着降雨强度 减弱，位移也趋于稳定；考虑强度弱化时，各监测点水 平位移始终大于铅直位移，此现象预示边坡整体有偏 向临空面方向运动的趋势，边坡有失稳滑坡的危险。 降雨时间/h 弱化-A 未弱化-A未弱化-B 弱化-B 12 10 8 6 4 2 0 200406080100 水平位移/cm 降雨时间/h 弱化-A 未弱化-A未弱化-B 弱化-B 5 4 3 2 1 0 200406080100 铅直位移/cm 图 ６ 监测点位移⁃时间历程图 ２．３．３ 点安全系数分析 利用强度储备型点安全系数计算公式计算得到的 ８２矿 冶 工 程第 ３７ 卷 ChaoXing 整体安全系数云图如图 ７ 所示。 未考虑岩体强度弱化 时整体安全度主要分布在 １．５～４．２，考虑弱化后整体 安全度区间为 １．２～４．２，特别是在边坡最低处坡脚，点 安全系数大致为 １．０～１．２，滑坡前缘的点安全系数较 未考虑弱化时明显降低，这说明考虑强度弱化滑坡前 缘的阻滑作用明显降低，造成坡体应力调整，导致滑坡 发生，这与工程中出现的坡脚破坏现象基本一致。 图 ７ 点安全系数云图 （ａ） 未考虑弱化； （ｂ） 考虑弱化 ３ 结 论 １） 考虑非饱和边坡降雨入渗，采用修正后的 Ｍｏｈｒ⁃Ｃｏｕｌｏｍｂ 强度准则作为本构模型，基于非饱和流⁃ 固耦合分析方法，分析了强降雨过程中边坡雨水软化 后水平位移、铅直位移、支护情况等的变化，将雨水软 化效应在边坡稳定性分析中较好地体现，为边坡支护 采取合理措施提供了参考。 ２） 降雨入渗时，边坡浅层较容易形成塑性破坏 区，并从坡趾沿坡面逐渐向坡顶延伸；当强降雨发生 时，岩体失稳、破坏的影响因素中，除了降雨入渗引起 的重度增加及孔隙水压力变化，雨水入渗导致的岩体 强度弱化对边坡稳定也具有重要影响。 ３） 边坡在雨水软化作用下，水平位移明显大于铅 直位移，边坡表面有向临空面方向运动的趋势，边坡存 在失稳的危险。 ４） 相对于不考虑雨水软化影响，考虑降雨软化效 应时边坡的整体安全系数有所降低，滑坡前缘的点安 全系数明显降低，表明降雨入渗后，岩体力学性质改 变，岩体强度降低。 参考文献 ［１］ 徐 晗，朱以文，蔡元奇，等． 降雨入渗条件下非饱和土边坡稳定 分析［Ｊ］． 岩土力学， ２００５，２６（１２）１９５７－１９６２． ［２］ 周家文，徐卫亚，邓俊晔，等． 降雨入渗条件下边坡的稳定性分析 ［Ｊ］． 水利学报， ２００８，３９（９）１０６６－１０７３． ［３］ 徐 全，谭晓慧，沈梦芬． 降雨入渗条件下土质边坡的稳定性分析 ［Ｊ］． 岩土工程学报， ２０１２，３４（增）２５４－２５９． ［４］ 吴李泉，张 锋，凌贤长，等． 强降雨条件下浙江武义平头村山体 高边坡稳定性分析［Ｊ］． 岩石力学与工程学报， ２００９，２８（６）１１９３ －１１９９． ［５］ Ｔｓａｉ Ｔ Ｌ， Ｃｈｅｎ Ｈ Ｆ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ Ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｏｎ Ｓｈａｌｌｏｗ Ｌａｎｄ⁃ ｓｌｉｄｅｓ Ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ ｂｙ Ｒａｉｎｆａｌｌ［Ｊ］． Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， ２０１０，５９（６）１２８５－１２９５． ［６］ 李继祥，姜兆华，何 翔，等． 降雨条件下非饱和土边坡流固耦合 数值模拟［Ｊ］． 武汉理工大学学报， ２００９，３１（２）１３３－１３６． ［７］ 陈 伟，莫海鸿，陈乐求． 非饱和土边坡降雨入渗过程及最大入渗 深度研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２００９，２９（６）１３－１６． ［８］ Ｆｒｅｄｌｕｎｄ Ｄ Ｇ， Ｒａｈａｒｄｊｏ ＩＩ． 非饱和土土力学［Ｍ］． 陈仲颐，张在 明，陈愈炯，等译． 北京中国建筑工业出版社， １９９７． ［９］ Ｂｉｓｈｏｐ Ａ Ｗ， Ｂｌｉｇｈｔ Ｇ Ｅ． Ｓｏｍｅ Ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ Ｓａｔｕｒａｔ⁃ ｅｄ ａｎｄ Ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ Ｓｏｉｌ［Ｊ］． Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ， １９６３，１３（３）１７７－１９７． ［１０］ Ｆｒｅｄｌｕｎｄ Ｄ Ｇ， Ｍｏｒｇｅｎｓｔｅｒｎ Ｎ Ｒ． Ｔｈｅ Ｓｈｅａｒ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ Ｓｏｉｌｓ［Ｊ］． 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考虑降雨软化效果的边坡稳定性分析 ChaoXing