公路路堤的渗流稳定性分析
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最 大 时 问 雨 量 分 别 为 ９ ． ｍ、２２ ８ Ｉ ８ １ｍ ３ ． Ｂ ｍ、３ ６３ ２ ． ｎ ｌ ｍ、３３ ５ｒｎ ６ ． ｍ。降 雨 过 程 柱 状 图 见 图 １ ４ ． ｉ、３ １８ｍ ａ 。
表 ２ 公 路填 方 路堤 结构 层 计算 参数 表
算 断 面 的水 位线 位 置 。
土 ，细 粒 含 量 较 多 ，发 生 渗 透 变 形 特 征 多 为 流 土
现象 。
界条件较为复杂的不 同土层进行单元体节点化 ，并将
饱 和 及 不饱 和 土 与有 限元 法 相 结 合 ，计 算 由外 力 因 素 引 起 的 浸水 路 堤 内部 的地 下 水 位 湿 润 线 。根 据 路 堤 局
到 。即
：
ｉ ［ ］ 安全 ； ｉ ［ ］ 破坏 ≤ ｉ ＞ ｉ
（） ５
式 中 ［］ ｉ 是容许水力坡降 ，可 由临界水力坡降 ＇
除 以安 全 系数 而 得 。 当 采 用 常 用 值 时 ，流 沙 潜 蚀 ｋ＝ ２０～ ． ，管 涌 ｋ＝ ． ２０ ． ３０ １５～ ． 。 从 表 １ 见 ，当水 平 方 向或 垂 直 方 向的 局 部 水 力 可
ｓ＝ ［
不饱 和渗透 系数 为
丁
（ ２ ）
３ １ 计 算 断 面 及 降 雨 条 件 ．
采用浙江省诸 永高速 公路 的填方 路堤标 准 断面 ，
路 堤 相 关 参 数 见 表 ２ 。
杨仲元 ，男 ，副教授 ，高级 工程师，博士 。
计算雨量采用 了台州温黄平 原 ２０ ０２年 ９月 １ ３日
图 ２ 路 堤 断面 的地 下 水 位湿 润 线 图 （ 峰值 ｌ ｈ后 ）
试 ，给 工 作 带 来 相 当 不 便 。 根 据 国 外 的 研 究 资 料 ，
Ｖ ｎＧ ｎｃｔ 水分 特 性 曲线 经 验式 ，适 合 于 碎 石 ａ ｅｕｈｅ ｎ 土 、砂土和粘性 土等 多层填土或粒组复杂的混合土。
水 分 特性 曲线 为
３ 工 程 实 例
注 ：Ｃ 为 不均 匀 系数 。
部的水力坡降 计算 值 ，判断 填方路 堤发 生渗 流 的可
能 性 ２ 饱 和 与 不 饱 和 土 渗 流理 论
土体 的渗透变形与水力坡降的大小有关 ，当路堤
的局部水 力坡 降 ｉ 过容 许水 力坡 降 ［ ］ 超 ｉ ，则 发生
渗透变形 ，即 ２ １ 渗 流解 析 理 论 ． 饱 和 不 饱 和 领 域 的 渗 流 基 本 方 程 式 由 下 式 得
ｉ： １ ２， ， ３
ｄ
（） １
０
ｉ
式 中 Ｐ为流体 的 密度 ；ｘ 为三 维坐标 ；０ 体积 含 ． 为 水率 ；ｔ 为时间 ； 为流速 。
饱 和 土 的 渗透 系数 ，一 般 用 原 状 土 试 样 由室 内 或
坡 降超过 ０ ５时 ，可以判断路堤 的土体将显著地发生 ．
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杨 仲 元 等 ：公 路 路 堤 的渗 流 稳 定性 分 析
・ ９・ ３
发生的暴雨 。该次降雨 的 】 、３ｈ 、１ 、２ 地下水初始条件可根据地质调查资料 ，设定该路段计 ｈ 、６ｈ ２ｈ ４ｈ ∞ ∞ ∞ ∞ 加 ０ 如
渗 透 变形 。
表 １ 临 界与 容 许水 力 坡 降参 考值 表
现场进行试验 而得 。不饱和土领域的渗透系数 ｋ ０ （ ），
至 今 还 没 有 完 整 的 计 测 方 法 ，也 没 有 完 整 的 资 料 数
据 。由于体积含水率 的变化 ， ０ （ ）也随之而变。对于 渗透性小的岩 土 （ 性土 ，岩石 ） 因需 要 长 时 间测 粘
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・
３ ８。
全 国 中文 核 心 期 刊
路 基 工 程
２０ ０ ８年第 ５期 （ 第 １０期 ） 总 ４
公 路 路 堤 的渗 流稳 定 性 分 析
杨仲元
（ 江 交通 职业 技 术 学 院 浙
郭 发 忠
浙 江杭 州 ３１１） １ １２
摘 要 由于公路路堤 内的渗流场具有不 同程度 的非 均质性和各 向异性 ，其几何 形状和边界 条件 较复杂 ，建立数 学模型求解非常繁 琐。文 中提 出了Ｊ ＠－ ； ｂ不饱和土渗流法 ，并结合 有限元 法，分析 了 ｇ 强降雨条件 下公路填方路堤的渗流稳定性。 同时考虑 国外 经验式 的水分渗透特性曲线 ，可简化 多种 土 质的渗透特性 的分析过程 ，能适应边界 条件较 为复杂的非稳 定渗流场计算。
土 、涌 流 等渗 透 变 形 破 坏 现 象 … “ 。
Ｓ ＝ ， ｍ小
（ １一ｓ ］ ｏ ＇ ）
１
（） ３
（） ４
式中
ｓ 为有 效饱 和度 ；Ｋ 为 不饱 和渗 透 系数 ；ｎ ，
ｎ为系数 ；０ 为饱和含水量 ；０ 为最小含水量。
２ ２ 渗 透 变 形 ．
关键 词
１ 前 言
公路
路堤
渗流
有 限 元 法 不饱 和 土 降 雨
Ｋ ＝ ＿ ＝ ｓ ＿ ／ ｋ
１
一
公 路路堤大多在考虑土 的粒度级配和地基承 载力 的前提下 ，一般 由碎石土 、砂土 、粘性 土等材料填筑 而成 ，具有 良好 的渗透性。路堤如果 受到强降雨 的影 响 ，必 然使路堤 内的地下水湿润线得 以上升 ，引起 流
本文的饱 和与不饱和土渗流理论 ，考虑强降雨后
地表水 、地下水等外力 因素 ，将 这些 因素参数应用 于 渗透和移流分散 的基本方程式 中进行推演 。同时 ，选
用 浙 江 省诸 永 高速 公 路 低 填 方 路 堤 标 准 断 面 ，对 其 边
由于渗透力会给土体带来 渗透变 形破坏作用 ，流 土和管涌是渗透变形 中最常见的两种 基本形式 。流土 在粘性土与无粘性土 中都有可能发生 ，而管涌主要发 生在砂砾 中。高速公路或一级公路的填方路 堤的路基 填筑材料大多为山地开挖的塘碴和无 机结 合料稳定类
表 ２ 公 路填 方 路堤 结构 层 计算 参数 表
算 断 面 的水 位线 位 置 。
土 ，细 粒 含 量 较 多 ，发 生 渗 透 变 形 特 征 多 为 流 土
现象 。
界条件较为复杂的不 同土层进行单元体节点化 ，并将
饱 和 及 不饱 和 土 与有 限元 法 相 结 合 ，计 算 由外 力 因 素 引 起 的 浸水 路 堤 内部 的地 下 水 位 湿 润 线 。根 据 路 堤 局
到 。即
：
ｉ ［ ］ 安全 ； ｉ ［ ］ 破坏 ≤ ｉ ＞ ｉ
（） ５
式 中 ［］ ｉ 是容许水力坡降 ，可 由临界水力坡降 ＇
除 以安 全 系数 而 得 。 当 采 用 常 用 值 时 ，流 沙 潜 蚀 ｋ＝ ２０～ ． ，管 涌 ｋ＝ ． ２０ ． ３０ １５～ ． 。 从 表 １ 见 ，当水 平 方 向或 垂 直 方 向的 局 部 水 力 可
ｓ＝ ［
不饱 和渗透 系数 为
丁
（ ２ ）
３ １ 计 算 断 面 及 降 雨 条 件 ．
采用浙江省诸 永高速 公路 的填方 路堤标 准 断面 ，
路 堤 相 关 参 数 见 表 ２ 。
杨仲元 ，男 ，副教授 ，高级 工程师，博士 。
计算雨量采用 了台州温黄平 原 ２０ ０２年 ９月 １ ３日
图 ２ 路 堤 断面 的地 下 水 位湿 润 线 图 （ 峰值 ｌ ｈ后 ）
试 ，给 工 作 带 来 相 当 不 便 。 根 据 国 外 的 研 究 资 料 ，
Ｖ ｎＧ ｎｃｔ 水分 特 性 曲线 经 验式 ，适 合 于 碎 石 ａ ｅｕｈｅ ｎ 土 、砂土和粘性 土等 多层填土或粒组复杂的混合土。
水 分 特性 曲线 为
３ 工 程 实 例
注 ：Ｃ 为 不均 匀 系数 。
部的水力坡降 计算 值 ，判断 填方路 堤发 生渗 流 的可
能 性 ２ 饱 和 与 不 饱 和 土 渗 流理 论
土体 的渗透变形与水力坡降的大小有关 ，当路堤
的局部水 力坡 降 ｉ 过容 许水 力坡 降 ［ ］ 超 ｉ ，则 发生
渗透变形 ，即 ２ １ 渗 流解 析 理 论 ． 饱 和 不 饱 和 领 域 的 渗 流 基 本 方 程 式 由 下 式 得
ｉ： １ ２， ， ３
ｄ
（） １
０
ｉ
式 中 Ｐ为流体 的 密度 ；ｘ 为三 维坐标 ；０ 体积 含 ． 为 水率 ；ｔ 为时间 ； 为流速 。
饱 和 土 的 渗透 系数 ，一 般 用 原 状 土 试 样 由室 内 或
坡 降超过 ０ ５时 ，可以判断路堤 的土体将显著地发生 ．
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杨 仲 元 等 ：公 路 路 堤 的渗 流 稳 定性 分 析
・ ９・ ３
发生的暴雨 。该次降雨 的 】 、３ｈ 、１ 、２ 地下水初始条件可根据地质调查资料 ，设定该路段计 ｈ 、６ｈ ２ｈ ４ｈ ∞ ∞ ∞ ∞ 加 ０ 如
渗 透 变形 。
表 １ 临 界与 容 许水 力 坡 降参 考值 表
现场进行试验 而得 。不饱和土领域的渗透系数 ｋ ０ （ ），
至 今 还 没 有 完 整 的 计 测 方 法 ，也 没 有 完 整 的 资 料 数
据 。由于体积含水率 的变化 ， ０ （ ）也随之而变。对于 渗透性小的岩 土 （ 性土 ，岩石 ） 因需 要 长 时 间测 粘
维普资讯
・
３ ８。
全 国 中文 核 心 期 刊
路 基 工 程
２０ ０ ８年第 ５期 （ 第 １０期 ） 总 ４
公 路 路 堤 的渗 流稳 定 性 分 析
杨仲元
（ 江 交通 职业 技 术 学 院 浙
郭 发 忠
浙 江杭 州 ３１１） １ １２
摘 要 由于公路路堤 内的渗流场具有不 同程度 的非 均质性和各 向异性 ，其几何 形状和边界 条件 较复杂 ，建立数 学模型求解非常繁 琐。文 中提 出了Ｊ ＠－ ； ｂ不饱和土渗流法 ，并结合 有限元 法，分析 了 ｇ 强降雨条件 下公路填方路堤的渗流稳定性。 同时考虑 国外 经验式 的水分渗透特性曲线 ，可简化 多种 土 质的渗透特性 的分析过程 ，能适应边界 条件较 为复杂的非稳 定渗流场计算。
土 、涌 流 等渗 透 变 形 破 坏 现 象 … “ 。
Ｓ ＝ ， ｍ小
（ １一ｓ ］ ｏ ＇ ）
１
（） ３
（） ４
式中
ｓ 为有 效饱 和度 ；Ｋ 为 不饱 和渗 透 系数 ；ｎ ，
ｎ为系数 ；０ 为饱和含水量 ；０ 为最小含水量。
２ ２ 渗 透 变 形 ．
关键 词
１ 前 言
公路
路堤
渗流
有 限 元 法 不饱 和 土 降 雨
Ｋ ＝ ＿ ＝ ｓ ＿ ／ ｋ
１
一
公 路路堤大多在考虑土 的粒度级配和地基承 载力 的前提下 ，一般 由碎石土 、砂土 、粘性 土等材料填筑 而成 ，具有 良好 的渗透性。路堤如果 受到强降雨 的影 响 ，必 然使路堤 内的地下水湿润线得 以上升 ，引起 流
本文的饱 和与不饱和土渗流理论 ，考虑强降雨后
地表水 、地下水等外力 因素 ，将 这些 因素参数应用 于 渗透和移流分散 的基本方程式 中进行推演 。同时 ，选
用 浙 江 省诸 永 高速 公 路 低 填 方 路 堤 标 准 断 面 ，对 其 边
由于渗透力会给土体带来 渗透变 形破坏作用 ，流 土和管涌是渗透变形 中最常见的两种 基本形式 。流土 在粘性土与无粘性土 中都有可能发生 ，而管涌主要发 生在砂砾 中。高速公路或一级公路的填方路 堤的路基 填筑材料大多为山地开挖的塘碴和无 机结 合料稳定类