降雨類型對土質邊坡穩定性的影響研究

張 虎 蘇曉亮

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司， 貴州 貴陽 550001）

0 前言

在我國，由于降雨入滲引起的邊坡失穩造成的損失非常巨大[1]。許多學者對降雨對邊坡穩定性的影響展開了研究：郁舒陽等[2]分析了淺層及深層體積含水率、孔壓及邊坡穩定系數在相同降雨量不同降雨模式下的變化規律；羅 渝等[3]基于Rosso模型，研究了降雨類型對淺層滑坡地下水位變化的影響，進而分析了降雨類型對淺層滑坡穩定性的影響；王一兆等[4]分析了淺層滑動面在降雨期和停雨期的滲透系數和孔隙水壓力，得出了邊坡淺層滑動面穩定性的變化規律；徐 翔等[5]研究了降雨類型與庫水位驟降組合下的邊坡滲流特性以及穩定性的變化規律；唐 棟等[6]研究了前期降雨對砂土、黏土邊坡穩定性的影響規律。

本文擬以某粉土質邊坡為例，考慮均勻型、遞減型、峰值型、遞增型四種降雨類型，基于Geostudio 軟件進行降雨類型對邊坡穩定性影響的分析研究。

1 計算模型及計算參數

1.1 計算模型及邊界條件

以某兩級土質邊坡為例，邊坡每級高度10m，設2m 寬平臺。滲流計算模型邊界條件如下：坡頂、坡面、坡底為降雨入滲邊界；兩側為隔水邊界；底部為不透水邊界。

本文擬研究降雨類型對邊坡穩定性的影響。根據降雨過程中降雨強度的變化，降雨類型可分為均勻型、遞減型、峰值型、遞增型四種。選定研究周期12d，其中連續降雨持時9d，而后停雨3d，不同類型降雨總量保持不變，為540mm。

1.2 土體參數

邊坡滲流計算土體參數采用文獻[7]中的參數，如表1 所示。采用Fredlund-Xing模型[8]估算土體的土水特征曲線及滲透系數曲線，結果如圖1 所示。

表1 邊坡土體參數

邊坡穩定計算采用Fredlund 等[9]提出的非飽和土抗剪強度公式：

式中，τ為非飽和土抗剪強度；c’為有效黏聚力；φ’為有效內摩擦角；σn-ua為凈法向力；ua-uw為基質吸力；φb為基質吸力對抗剪強度貢獻所對應的摩擦角。

本文研究中，取c’=5kPa，φ’=22°，φb=20°，土體重度γ=20kN/m3。

2 計算結果及分析

采用Geostudio 軟件進行邊坡滲流及穩定性的分析計算，穩定性計算時采用Morgenstern-Price 法，計算結果見圖2。

由圖可見，不同類型降雨作用下，邊坡最不穩定狀態的穩定系數不同，其大小順序為：遞減型>峰值型>平均型>遞增型?？梢?，在降雨總量相等的條件下，遞增型降雨對邊坡穩定性最不利，平均型次之，峰值型再次之，遞減型最優。

不同類型降雨條件下，邊坡穩定系數最小值出現時間也有所不同。遞減型降雨條件下，邊坡最先達到不穩定狀態。同時也可看出，遞減型降雨前期邊坡穩定系數減小幅度最大。表明，從時間角度上，遞減型降雨最早觸發邊坡滑動失穩。

基質吸力/kPa 圖1 土體土水特征曲線及滲透系數曲線

圖2 不同類型降雨下穩定系數隨時間變化曲線

3 結論

（1）降雨總量和降雨時間相同的條件下，遞增型降雨對邊坡穩定性的影響最大，平均型次之，峰值型再次之，遞減型最小。

（2）降雨類型對邊坡發生失穩的時間影響較大，雨量相等條件下，遞減型降雨發生時間最早，遞增型降雨最晚。