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滑坡和降雨都是人类生活中常见的事物(现象),在自然规律作用下,两者有着紧密的联系。雨水入渗是一种非饱和暂态流,一定强度和持时的降雨将会引起边坡孔隙水压力场的变化,从而使得边坡稳定性降低。高边坡在暴雨后经常发生跨塌的事故,造成经济损失和人员伤亡。因而,研究边坡的非饱和渗流,对于掌握边坡在降雨入渗作用下的应力应变状态,正确评价其稳定性具有重要意义。
本文简要介绍了非饱和渗流及非饱和土渗流分析的基本原理和方程,利用达西定律和连续性方程推导出了非饱和渗流的控制方程;利用土—水特征曲线推导了渗透性函数的数学表达式及其简化形式,以及水相非饱和渗流的控制方程;阐述了非饱和土的应力状态和变形理论,还对降雨条件下边坡稳定分析的方法做了简要的介绍推导。介绍了FLAC中水气两相流(Two-phaseflow)的基本控制方程和数值计算公式,以及与应力耦合的计算公式。在对降雨条件下的土坡渗流及稳定分析研究的基础上,概括出了降雨强度,饱和渗透系数,降雨持时和初始饱和度对土坡渗流及稳定的不同影响,并从抗剪强度折减理论出发,对土坡的稳定性进行了一些研究,并得出如下的结论:
1 雨水入渗引起非饱和土体中孔隙水压力上升,基质吸力丧失或减小,导致了非饱和土的抗剪强度降低,从而影响边坡稳定性,使其安全系数降低。
2 当降雨强度小于等于边坡土体的入渗系数时,边坡的安全系数在降雨的前期降低幅度相对较小,后期减小较快。
3 土体渗透系数对边坡安全系数的影响,主要应当结合降雨强度和降雨持时来综合考虑。当降雨强度与渗透系数比较接近时,在降雨强度和降雨持时都相同的条件下,渗透系数愈大安全系数下降也愈快。
4 初始饱和度对边安全系数的影响是:初始饱和度越大,雨水入渗作用下坡体安全系数就减小越快。对初始饱和度的考虑可以理解为前期降雨的影响,也就是前期降雨使边坡土体的饱和度增加后,再降雨时坡体的安全系数会大幅减小。