降雨渗流边坡稳定性分析方法研究

水作 为一种敏感性 因素对边坡不稳 定作用 的机理研究 还处于 响 ， 陈祖煜等选取土体作 为研究对象 ， 考虑滑裂面上 的孔压和坡面 摸索 阶段 ， 由于边坡体 内绝大多数地下 水位随时问 、 空 间有 很大 的 上 的 水 压 力 。 变化 ， 降雨条件情况下更是 如此 ， 经过近百年 的努力 ， 人们分别从力 ２数 值 方 法 在工程计算 中 ， 数值分析方法 有 ： 有 限元 、 有限差分 法 、 边界元 学 角度 、 数学角度 、 人工智能 、 遗 传学 角度等进行单方法或组合方法 的形式进行边坡稳定性研究 ， 到 目前为止提出的边坡稳定性分析方 法 、 块体单元法 、 离散元法 、 刚体有限元法 、 数值 流形方法 、 Ｄ Ｄ Ａ法 、 法有 几十种 ， 概括起来大致可分 为简化方法与数值方法 。 耦合方法 、 无单元法 。２ ０世纪 ７ ０年代 以来 ， 随着数学 、 力学理论 以 １简 化 方 法 及计算机技术 的发展 ， 数值分 析方 法在 工程地质 和岩石工程领域得 传统 的极 限平衡分析方法是边坡稳定分析最 常用 的方法 ， 极 限 到应用 ， 数值模拟是通过对地质原 型的抽象并借 助数值分析方法来 平衡 理论是将 滑动土体进行条分 ， 对土条受 力分析有 ： 竖 向力和水 分析计算 不同工况下岩体 中应力状态 以及边坡的稳定性 等课 题 ， 并 平方 向的力 ， 条间法向及切 向力以及 条块两侧孔隙压力及作用于土 作为解决 复杂介质 、 复杂边界条件下各类工程 问题 的主要工具而逐 条底部 的孔 隙压力 ， 底部 法 向反力和切 向剪 力 ， 列 力和力矩 的平衡 渐得 以推广 ， 用数值方法 分析边坡的稳定性 ， 不仅能求 出可能 的滑 方程来分 析边坡 的稳定性 ， 根据滑面形状以及对条块受力与边界条 动面和安全系数 ， 而且还 能较 方便 地考察构造应力场 的影 响以及模 件的不 同 ， 有瑞典条 分法 、 简化 毕 肖普法 、 简布普遍条分 法等 ， 这些 拟各种开挖高度 的影 响而获得坡体 内的应力场 、 位移 和塑性 区的分 方法没有 考虑材料应力 一应 变关 系 ，均 以极 限平衡理论 为基 础 ， 通 布状态 ， 以有 限元法 为代 表的数值方法 ， 可 以对不 同的单元根据具 过力 的平衡条件来分析边坡稳定性 ， 所得 安全系数只是假定滑裂面 体情况指定不 同的力学性质 ， 可 以方便地处理各种不规则 的几何边 上的平均安全度 ， 求出的底 部反力和条间力也不是产生滑动变形时 界以及各种复杂 的边界条件 ， 可以对节理裂 隙等软弱层设置适 当的 真实存在 的力 ， 所以它们均有待改进 。 软弱面单元 ， 可 以方便地处理层状岩土体 和有规则 的节理岩体所表 到 目前为止 ， 工程中常用忽略或粗略地考虑渗流作用 的简化方 现出的正交各 向异性 ， 还 可以精确地估算地下渗流或爆破震动等对 法主要有 三种 【 ｌ 】 ： “ 全浮容重” 法、 “ 静水压力” 法、 “ 代替容重” 法。 确定 岩土体应力场 、 位移场以及稳定性 的影 响。但 由于 目前岩土体试验 土体本身 的应力 一 应变关 系本就 比较复杂 ，在渗流作用 下的土体 ， 技术还落后 于客 观需要 ， 不 能为数值方法提供准确 的数 据 ， 而且部 土体作为一种复杂 的各 向异性非线性弹塑性材料 ， 土体强度参数与 分力学模 型尚存在一些缺陷 ， 使计算数据和计算模式还不能完全满 其 内部 的渗流场基本参数具有突变性 ，因此 当存在渗流作用 时 ， 都 足 设 计要 求 。 是将渗流场分析所得孔隙水压力直接应用到土坡稳定分析计算 中 ， 目前 国内外 考虑雨水入 渗影响 的非饱 和土坡 分析方法 有如下 而且是在假定孔 隙水压力沿深度呈线性分布基础上推导 ， 或在特定 几种 ： （ １ ） Ｎ用水分运 移理论 ， 先 在实验室测定非饱 和土 的土 一水特 条件下进一 步简化得到安全 系数 表达式 ， 因此 ， 条 分法虽然 经许多 征 曲线 ， 再确定现场 土坡 不同部位的含水量 ， 于是得 出相对应 的基 学者 不断改进 ， 解 的决 了许 多工程 问题 ， 但是在结合 渗流场计算 方 质吸力 ， 根据 Ｆ ｒ ｅ ｄ ｌ ｕ ｎ ｄ提 出的抗剪强度公式计算抗剪强 度 ， 再用极 面却有其难 以克服 的困难 ，以致必须作有损计算精度 的一些假定 ， 限平衡方 法算 出土坡 的安全系数 ； （ ２ ）在极限平衡条分法 提出之初 ， 例如 ： 孔隙水压力是否呈线性分 布也 就成为各条分法合理与否的关 主要在分析 中用孔 隙水压力系数加 以反 映 ； （ ３ ）考虑残余强 度的方 键， 通过许 多的实 际工程 分析可知 ， 实际作用 于土体单元周 边的孔 法 ； （ ４ ） 考虑渗透力作用的计算方法 ； （ ５ ） 运用渗流有限元方法 ， 得到降 隙水压力并不符合静水压力分布规律 ， 其沿深度方向是呈非线性分 雨开始后不 同时刻的孔隙水压力 ， 再计算 出对应 的基质吸力 ， 然后 布， 只有以实际分布形 态来 计算 渗流作用 对土坡稳定性的影响才是 再按极限平衡方法计算安全系数 。 合理 的，可实 际土体单元周边的孔隙水压力分布形态相 当复杂 ， 特 结束 语 别是 对于坡体 内水 位下降或上升情况下 的非稳定 渗流场 的土体单 可采 用两种或两种 以上方法 对于同一边坡进行分析研究 ， 尽管 元周边 的孔 隙水压力分布尤其复杂 ， 水压力实际分部形态与静水压 增加了工作量 ， 但能相互 验证 ， 相互对 照 ， 结合不 同方法 的优点 ， 达 力 相差甚远 ， 远非线性分 布所能描述 ， 此时计算结 果会产生很 大的 到工作要求 的效果 ， 此外 ， 边坡变形破坏 的复杂性使得 已有 的多种 误差 。 模型 尚不成熟 ， 许多模 型是在数据已经采集 、 事件 已经发 生才建立 陈祖煜阱 认为在坡外有水 、 坡 内有渗流情况下 ， 坡外水位以下的 的 ， 没 有真正经受工程实践 的考验 ， 建立 的模 型通常对该事 件精度 土体 采用浮容重 ， 不计坡 外的静水压力 ， 滑裂面上 的孔隙水压 力采 较高 ， 可实际应 用能力值得探讨 。 用超静孔压 的等效置换方法 ，而考虑渗透压力会把 问题复杂化 ； 毛 参 考 文献 昶熙 等 提出引入渗 透力 进行有渗流作用下 的边坡稳定分 析计算 ， 【 ｌ 】 黄春娥， 龚 晓南． 条分法与有限元 法相 结合 分析渗流作 用下的基坑 这一理念 的主要 目的是为了更好结合有 限元法 ， 以便能连续计算求 边坡稳定性『 Ｊ １ ． 水利学报， ２ ０ ０ １ ， （ ３ ） ： ６ — １ ０ ． 解， 一次完 成在渗流 与地震 等各种外力下 的稳定分析计算 ， 根据渗 ［ ２ 】 黄春娥． 考虑渗流作用的基坑稳 定分析【 Ｄ ］ ． 杭州： 浙江大学， ２ ０ ０ １ ． 透力 的概念 ， 将 把节点 的水头 值换算成各单元渗 透压力 ， 即水压 力 ［ ３ ］ 周桂 云． 水库边坡稳 定分析方 法及 滑坡 涌浪数值模 拟研 究【 Ｄ 】 ． 南 转化为等价 的体积力 ； Ｔ ａ ｙ ｌ ｏ ｒ 指出这两种方法本质上是完全一致 的 ， 京： 河海大学， ２ ０ ０ ７ ． 只是 研究对象 的选 择不同而 已 ，毛昶 熙等人选择 土骨架为研 究对 【 ４ ］ 陈祖 煜． 关于“ 渗流作 用下土坡 圆弧 滑动有限元计算” 的讨论之一 象， 采用土的有效容重和渗 透力 的组合来考虑渗流对边坡稳定的影 『 Ｊ ］ ． 岩 土工程 学报， ２ ０ ０ ２ ， （ ３ ） ： ３ ９ ４ — ３ ９ ６ ．
工程 科技
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降雨渗 流边坡稳 定性 分析 方法研究
余 志 刚
（ 重庆工程职 业技术学 院 建 筑工程学院 ， 重庆 ４ ０ ０ ０ ３ ７ ）
摘 要： 降雨渗流对边坡稳 定性影响和事故发生可能性的准确预报 ， 是急 需解决的一个复杂 工程 问题 ， 在 土木工程 中，对边坡进行稳 定性分析是设计的主要 内容 ， 它对工程修建的可行性起决 定作 用， 影响工程建设投资和安全运行 ， 其分析 方法在 工程 实践 中也得到 了不 断发展 ， 对 边坡稳 定性的简化 方法与数 值方法进 行 了分析 ， 详 细阐述 了主要 分析方法的原理，并对分析 方法的单个应 用和优缺 点作 了简 要介绍， 旨在帮助读者全面 了解边坡稳定性分析方法 ， 并在 实际工作 中灵活应 用， 并指 出边坡稳 定性分析的一个重要发展 方向是将 两 简化方法 ； 数值方法 ； 降雨入渗