人 民 长 江 ２１３Ｏ８生 的正压力；Ｘｉ，Ｘｉ＋。分别为作用在第ｉ个滑体单元左、右侧面上 的剪切力；ｂ 为第ｉ个滑体单元的结构面在水平面上的投影长 度。 ３工程应用 ３．１工程概况 某高边坡工程的开挖高度近１８０ ｍ，边坡地层岩性为含煤中 细砂岩和煤质页岩互层，边坡分布有宽达４０ ｍ的软弱大断层和 规模不等的地质结构面，坡体地质条件十分复杂。施工期间边 坡曾发生过多次比较大的滑坡，经过治理，边坡得以稳定。 目前该高边坡已经稳定，但是该地区年平均降雨量超过 １ ３００ ｍｌｎ，雨水入渗对边坡的影响十分突出，因此为评价降雨对 边坡安全稳定的影响，应用本文提出的考虑雨水入渗的改进 图１改进ＳＡＲＭＡ法滑体单元的受力示意 改进ＳＡＲＭＡ法水平方向和竖直方向上的平衡方程与原有 ＳＡＲＭＡ法的平衡方程相同，而结构面的破坏条件由于考虑了非 饱和带的基质吸力发生了变化，分别如下： 竖直方向的平衡方程为： ＣＯＳＯｔ ＋ ｓｉｎａ ＋ ＣＯＳ￣ｉ—Ｅ ｓｉｎ 一置＋ｌ ｃｏｓ ＋ Ｅ…ｓｉｎ ＝ ＋Ｒ （２） 水平方向的平衡方程为： 一＾‘ｓｉｎａ ＋ ＣＯＳＯｔ。＋ｘｓｉｎａｉ＋Ｅｉ ｃｏｓ 一Ｘ＋ｌ ｓｉｎ３ｉ＋ｌ— Ｅｉ＋ｌ ｃｏｓ …＝ ＋ （３） 结构面强度破坏条件为： — ｔａｎ￣ ＋ ｔａｎ￣ 一Ｃｉｆ ＝０ （４） 置一Ｅｉｔａｎ￣ ＋Ｐｗｉｔａｎ￣ 一Ｃｉ ｄ ：０ （５） 式中ｆ 为第ｉ个滑体单元结构面的长度；Ｃｉ为第ｉ个滑体单元结 构面的粘聚力； 为第ｉ个滑体单元结构面的内摩擦角；Ｕｉ为作 用在第ｉ个滑体单元结构面上的水压力；ｄ 为第ｉ个滑体单元左 侧面的长度；Ｇ 为第ｉ个滑体单元左侧面的粘聚力；ｊ５ 为第ｉ个 滑体单元左侧面的内摩擦角； 为作用在第ｉ个滑体单元左侧 面上的水压力；ｊ５ 为单元ｉ中结构面与基质吸力有关的内摩擦 角；ｊ５ 为单元ｉ左侧面与基质吸力有关的内摩擦角。 ２．２改进ＳＡＲＭＡ法边坡稳定性分析程序 根据上述计算公式，在边坡饱和／非饱和渗流场计算结果的 基础上，将有限元方法与极限平衡分析法相结合，运用Ｆｏｒｔｒａｎ９０ 语言编制了能考虑雨水入渗作用的改进ＳＡＲＭＡ法边坡极限平 衡稳定性分析程序，该程序的基本计算步骤如下： （１）首先应用有限元分析软件计算出雨水入渗作用下边坡 各个时刻的饱和／非饱和渗流场。 （２）根据有限元计算所得的边坡饱和／非饱和渗流场的分 布，把岩体边坡的非饱和带划分为几层，在非饱和区，取上下相 邻两个层面孑Ｌ隙水压力的平均值作为每层的基质吸力值，并应 用公式（１）来考虑基质吸力对滑裂面抗剪强度的影响。 （３）从上到下输入上述各层面的位置信息和各层的物理力 学参数及孑Ｌ隙水压力（非饱和区为基质吸力）。同时根据暂态饱 和区的水头场分布，把暂态附加水荷载等效为表面水压力作用 于条块周边上。 （４）输入其它信息，如滑裂面上的物理力学参数、条块数、 水平向地震加速度系数以及锚杆支护参数。 （５）计算随雨水入渗变化的边坡抗滑稳定安全系数。 ＳＡＲＭＡ法对该边坡进行了安全稳定性计算与评价分析。 ３．２计算工况和计算参数 ３．２．１计算剖面 选取该边坡坡度最大的Ｉ号剖面作为计算剖面，根据当地 多年观测所得的关于降雨实测资料，本文中的计算所选取的降 雨强度为１２０ ｍｍ／ｈ，其计算剖面如图２所示。 图２边坡的计算剖面（单位：ｍｍ） ３．２．２计算工况 在进行降雨入渗分析时，考虑坡面防渗措施，入渗强度分别 取降雨强度的２５％、５０％和１００％来做敏感性分析。依据雨水 入渗强度的不同，拟定了３种工况，见表１。 表１计算工况 工况降雨 时何 触 工况雨 间 触 ｎ Ⅶ ｎ 坩ｌ ３ ２５ ３ ３ ｌ００ ２ ３ ５０ ３．２．３计算参数 （１）边坡岩体的物理力学参数。边坡岩体的物理力学计算 参数见表２。 表２边坡岩体的物理力学参数 ３．３计算结果及分析 首先应用有限元程序计算出３种工况下各个时刻边坡的饱 维普资讯 http://www.cqvip.com 第１期 张绪涛等：降雨入渗影响下的边坡稳定性分析 ８５ 和 ＃饱和渗流场，由于篇幅所限，本文仅列出了第３种工况在３ 个关键时刻（ｔ＝０ ｈ，初始状态即在自然地下水位８６０ＩＴＩ渗流作 用下的状态；ｔ＝４ ｈ，降雨结束１ ｈ以后的时刻；ｔ＝１２ ｈ，降雨 入渗工况下，边坡各个时刻的抗滑稳定安全系数，如表３所示． 图６为边坡安全系数与降雨的历时关系曲线。 由表３和图６知：①雨水入渗和入渗形成的暂态饱和区对 边坡稳定安全系数影响很大，边坡安全系数随雨水的下渗和暂 结束９ ｈ以后）段的边坡孔隙水压力分布，如图３至图５所示。 图３ ｔ：０ ｈ时刻计算剖面的孔隙水压力分布 图４ ｔ＝４ ｈ时刻计算剖面的孔隙水压力分布 图５ ｔ＝１２ ｈ时刻计算剖面的子Ｌ隙水压力分布 由图３至图５可以看出：在雨水入渗之前，即在自然地下水 位（８６０ ｍ）渗流作用下，坡体以地下水位为分界面被分为两部 分，地下水位以上的部分为非饱和区，地下水位以下的部分为饱 和区。然而随着雨水的入渗，入渗的雨水会在坡体的上部形成 暂态饱和区。如在雨水入渗１ ｈ后，在坡体上部出现暂态饱和 区，随着雨水的进一步渗入，坡体上部的暂态饱和区的范围逐渐 变大；入渗结束时（即ｔ：４ ｈ），暂态饱和区的最大深度（距地表 的垂直距离）大约为１Ｏ １５ ｍ；入渗结束之后，暂态饱和区中雨 水将逐步下渗，因此坡体上部的暂态饱和区范围会逐渐减小直 至完全消散，同时坡体内的地下水位也会随着雨水的不断下渗 而逐步升高。 在上述饱和／非饱和渗流场计算结果的基础上，应用改进 ＳＡＲＭＡ法边坡极限平衡稳定性分析程序计算得到在上述３种 态饱和区的形成而显著降低，在入渗结束和暂态饱和区完全形 成还未来得及及时消散的时刻（即ｔ＝４ ｈ时刻），边坡安全系数 降至了最低。此后，在入渗结束、暂态饱和区消散阶段，边坡安 全系数趋于稳定不再有明显的变化。导致边坡安全系数降低主 要有以下两个方面的原因，一是由于雨水入渗，边坡内的基质吸 力逐渐降低、引起滑裂面处孔隙水压力增加，导致滑裂面的抗剪 强度降低；二是由于暂态饱和区的形成，增大了边坡下滑力。② 坡面防渗措施能有效增加边坡的安全系数，提高边坡的稳定性。 由表３和图６知：边坡安全系数随雨水入渗强度的增加而显著 减小。这表明：有效加强坡面防渗、最大限度减少坡面雨水的入 渗，能有力提高和增强边坡的安全稳定性。 表３ ３种入渗工况下边坡在各个时刻的安全系数 时间／ｈ工况１工况２工况３ 时间／ｈ工况１工况２工况３ ｏ ２．１７１ ２．１７１ ２．１７１ ７ １．７４６ １．６８３ １．６２５ １ ２．０４８ １．９３５ １．８２６ ８ １．７４２ １．６８７ １． ０ ２ １．８８９ １．８３０ ｉ１．７５０ ‘；９ 睡州 ；１．７６０ １．６９２ １ １．６３７ ３ １．８１３ １．７ｏ０ １．６４６ １Ｏ １．７７１ １．７０８ １．６４６ ４ １．７４２ ｌ‘６７１ １．６００ ｌ１ １．７８０ １．７０８ １．６４６ ５ １．７４２ １．６７５ １．６１６ １２ １．７６７ １．６９６ １．６４０ ６ １．７４６ １．６８３ １．６２５ ０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ ｌ】 １２ 时间／ｈ 图６边坡安全系数的变化 ４结论 本文依据ＳＡＲＭＡ法的基本原理，结合非饱和土的抗剪强度 理论，提出了能考虑非饱和带基质吸力和暂态附加水荷载对裂 隙岩体边坡安全影响的改进ＳＡＲＭＡ法，与有限元结合，编制了 能考虑雨水入渗影响的边坡极限平衡稳定性分析程序。计算结 果表明：①雨水入渗和入渗形成的暂态饱和区是影响边坡安全 稳定的重要因素。随着雨水的不断入渗，边坡内非饱和带的基 质吸力将逐渐减小，并在原先的非饱和带中会出现暂态饱和区， 这不仅降低了岩体边坡的抗剪强度、而且也增大了边坡的下滑 力，导致边坡稳定安全系数显著降低。②边坡安全系数随雨水 入渗强度的增加而显著减小，因此有效加强坡面防渗、最大限度 减少坡面雨水的入渗，能有效提高和增强边坡的安全稳定性。 参考文献： ［１］张有天，刘中．降雨过程裂隙网络饱和／非饱和、非・巨定渗流分析． 岩石力学与工程学报．１９９７．１６（２）：１０４ １１１． （下转第９０页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 人 民 长 江 ２００８正 时，公式（１２）中限取两项会给浸水锋面的深度带来１．９７％的误 含水率 差，当ｔ＝２２（昼夜）时，误差达到最大，为７．５％。 ０列０．龃 Ｏ鹦０ ３０ ０ ３２ ０ ３４ ０．３６ 从图３中可以看出，含水量不是固定不变的，是随深度和时 间而变的。土的饱和度沿渗流运动方向减小。 ４结语 号 本文建立了非饱和黄土局部水分入渗二维计算模型，通过 氍， 匣 实例计算，验证了该模型的合理性。可得到局部水分入渗条件 磐 ＊ 下地基土湿润锋面和含水量随时间的变化规律。 ５ ４ ４ 图３含水量沿深度的分布曲线随时间变化的规律 目３ 、 蒿。 ［２］ｌ：ｒ￣ｌｕｎｄ ＤＧ等．非饱和土力学．陈仲颐等译，北京：中国建筑工业 出版社．１９９７． ［３］钱鸿缙等．湿陷性黄土地基．北京：中国建筑工业出版社，１９８７。［４］ Ｉ． Ａ．Ａ穆斯塔戈耶夫．湿陷性黄土地基。北京：中国建筑工业出版社． Ｉ１９８４． （） ［５ Ｊ党近谦，李靖．含水量对非饱和黄土强度的影响．西北农业大学学 报，１９９６。 ８ｊ＝间，昼夜 ［６］ 钱家欢，殷宗泽．土工原理与计算．北京：中国水利水电出版社， 图２湿润锋面随时间的变化 ｌ９９６． 参考文献： 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Ｐｒｅｓｓ，２００５． 电出版社．２００３． ［６］ 崔政权，李宁．边坡工程一理论与实践最新发展．北京：中国水利水 ［４］ Ｓａｒｍａ Ｓ Ｋ．Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｓｌｏｐｅｓ．Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ， 电出版社．１９９９． １９７３，２３（３）：４２３—４３３． ［７］ 弗雷德隆德Ｒ Ｇ，拉哈尔佐Ｈ．著，陈仲颐等译．非饱和土土力学． ［５］ Ｚｈａｎｇ Ｑ Ｙ，Ｚｈａｎｇ Ｘ Ｔ，Ｘｉｎａｇ Ｗ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｌｉｄｉｎｇ ｂｌｏｃｋ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ 北京：中国建筑工业出版社，１９９７． （编辑：赵凤超）
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