考虑土体非饱和特性的无限长斜坡降雨入渗解析解

由降雨诱发的残积土滑坡在亚热带和热带地区非常普遍,产生此类滑坡的主要原因是雨水入渗使斜坡内非饱和土体的负孔隙水压力降低导致了土体抗剪强度的减小。基于二维非饱和渗流控制方程,采用指数函数描述非饱和土体的土水特征曲线及其渗透系数随含水率(或负孔隙水压力)的变化,建立了降雨入渗条件下无限长斜坡内水分运移模型,在合理简化的基础上给出了模型的解析解。通过与成熟的有限元数值模拟软件计算结果的比较与分析,证明该解析解稳定可靠。由该解析解获得的负孔隙水压力剖面可用于评估降雨入渗对非饱和土斜坡稳定性的影响。

无限长均质斜坡降雨入渗解析解

降雨是导致边坡失稳的最主要的环境因素,研究降雨入渗对边坡稳定性的影响,关键和难点是计算降雨入渗在边坡土体中引起的渗流场。采用Fourier积分变换分别对降雨强度小于和大于土体饱和渗透系数情况下的斜坡入渗解析解进行了推导,并给出了这两种情况下斜坡入渗解析解的统一表达式。该解不仅能反映非饱和土特性及斜坡的影响,还能反映当降雨强度大于土体饱和渗透系数时,坡面边界由流量边界转化为水头边界的动态变化过程,便于更全面地对降雨情况下斜坡的入渗规律进行研究。通过与有限元软件的计算结果进行对比,证明该解是稳定可靠的,且其形式简单,计算效率高;该解可精确计算坡面积水时间及任意时间点及空间点的孔隙水压力值,并用于评估降雨入渗对非饱和土斜坡稳定性的影响。

基于圆弧-平面组合滑动模式的路基土质边坡浅层稳定分析

为了合理评估降雨诱发的路基土质边坡浅层稳定性,针对路基边坡浅层稳定分析简化法在滑体端部抗力计算方面存在的局限性,开展了由滑体上缘张拉区和下缘挤压区为异心圆弧面、中段主滑区为顺坡平面的"圆弧-平面"组合滑动模式分析。基于边坡"圆弧-平面"组合滑面几何方程和滑体静力平衡方程及刚体极限平衡条件,推导了饱和渗流条件下的路基土质边坡浅层安全系数积分表达式,并结合实例工点验证了该方法的可靠性。结果表明:路基边坡浅层"圆弧-平面"失稳模式下,土体抗剪强度参数的获取应与低应力水平相适应;若直接套用与应力水平不相符的常规压力段抗剪强度参数,结果将高估安全系数达2. 5倍以上。该方法有效地解决了传统分析方法力学上的弊端,与有限元法计算结果基本吻合,但较有限元法简单实用,能直观反映参数间变化对安全系数的影响规律,具有一定的工程应用价值。