边坡是常见的地质形态,无论是天然边坡还是人工边坡,大都是非饱和的。水是诱发边坡失稳的重要因素,非饱和土的水力特性较为复杂,存在滞后现象,即非饱和土在吸湿和脱湿过程中,其土水特征曲线和导水率或渗透系数函数并不一致。由于水力路径的不同,相同含水率所对应基质吸力的差异可能会高达两倍或更多,这种路径依赖性使得非饱和边坡稳定性分析变得非常困难。针对这一问题,本文结合非饱和渗流分析、极限分析理论和二阶锥规划,建立了一种能够考虑水力滞后影响的统一数值极限分析方法。在此基础上,研究了水位升降条件下水力滞后对于非饱和边坡渗流场及稳定性的影响。主要工作和结论如下:(1)在极限分析理论中引入基于吸应力的非饱和土有效应力,考虑水力滞后对非饱和边坡渗流及稳定性的影响,结合有限元法和二阶锥规划,建立了考虑水力路径影响的统一上限分析方法。该方法无需对加载过程进行精确追踪,可以提高现有方法的计算效率。(2)脱湿阶段考虑滞后影响:给定水位变动速率条件下,水位上升阶段,坡体内的孔隙水压力和饱和度增大,水力滞后对于渗流场计算结果的影响较小。水位下降阶段,坡体内的孔隙水压力和饱和度减小。在水位下降过程中,忽略水力滞后效应会导致孔隙水压力计算结果偏大,饱和度偏小。(3)脱湿阶段考虑滞后影响:在边坡位置较低处,随着水位下降速率的增加,水力滞后效应对孔隙水压力的影响逐渐减弱;而在位置较高处,随着下降速率的增加,水力滞后效应对孔隙水压力的影响逐渐变强。同样的,当位置高度较低时,随着速率的增加,水力滞后效应对饱和度的影响逐渐减弱。当位置高度较高时,下降速率小于1.5m/d时,随着速率的增大,水力滞后效应对饱和度的影响逐渐增加;下降速率大于1.5m/d时,随着速率的增大,水力滞后效应对饱和度的影响逐渐减小。(4)脱湿阶段考虑滞后影响:在水位上升过程中,忽略水力滞后影响会导致边坡稳定性因数略微偏大,随着水位变动速率的增加,所引起的稳定性因数偏差逐渐减小。水位下降过程中,考虑滞后影响条件下边坡稳定性因数明显更大,随着水位变动速率的增大,差异逐渐增大。(5)吸湿阶段考虑滞后影响:水位上升阶段,坡体内的孔隙水压力、饱和度逐渐增大,该阶段水力滞后效应所带来的影响较明显。若忽略水力滞后的影响,会导致得到的孔隙水压力和饱和度偏大。水位下降阶段,坡体内的孔隙水压力、饱和度逐渐减小,水力滞后效应影响较小。(6)吸湿阶段考虑滞后影响:在水位上升阶段,随着时间的增加,稳定性因数逐渐增大,水力滞后效应影响较明显,且随着时间的增加,影响逐渐增强。在该阶段,考虑水力滞后效应时所得到的的稳定性因数明显偏小,结果偏保守。而在水位下降阶段,稳定性因数逐渐减小,水力滞后效应影响较小。