降雨入渗条件下边坡的稳定性分析

降雨入渗条件下边坡的稳定性分析

本文主要分析降雨入渗对土质边坡的渗流场和安全稳定性的影响。使用Geostudio seep/w软件建立边坡模型模拟真实降雨。分析不同降雨因素对边坡渗流场的影响，并将渗流场的变化情况导入slope/w软件分析降雨入渗对边坡的稳定性的影响。

标签：非饱和土 降雨入渗 边坡稳定性 Geostudio

0前言

滑坡地质灾害的诱发因素有很多，而降雨入渗是其中的重要诱因之一。国内外很多滑坡事故是由于降雨入渗特别是强度大、历时长的降雨造成的。因此，研究降雨入渗条件下的边坡稳定性具有重要意义。

1降雨入渗边坡的特征

边坡土体在自然条件下既存在饱和状态，也存在非饱和状态。地下水位以下为饱和状态，地下水位以上为非饱和状态。在非饱和土体部位，由于基质吸力的作用，提高了土体的有效应力，从而提高了土体强度。降雨入渗过程中，雨水先到达边坡表层土体的非饱和部位，引起表层土体饱和度的增加，基质吸力减少，从而引起抗剪强度的降低而引发滑坡。

2模拟降雨入渗对边坡渗流场和稳定性的影响

通过Geostudio seep/w模块建立一个土质边坡模型：边坡长度为40m，高度为21m，坡面坡率为1：1.2。该边坡分为两层土，上层为粉土，下层为粘土。地下水位埋深5-10m，其中坡顶处地下水位埋深10m，坡脚处埋深5m。

在seep/w中分析降雨入渗影响是通过对边坡施加流量边界的方式实现的，将降雨强度作为边坡表面的单位流量边界q，并设置程序自动判断降雨强度q与土体饱和渗透系数Ks的关系。如果qKs，则作为定水头边界处理。通过seep/w模块分析降雨过程中边坡的渗流场变化情况，并将渗流场的分析结果导入slope/w计算边坡的安全系数Fs。

（1）降雨强度q的影响

设计5种不同强度的雨型：中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨（降雨强度分别为24、48、96、240、288mm/d），降雨时间设置一定值。通过seep/w分析不同降雨强度后边坡内部的压力水头分布图可以看出，负孔隙水压力都有不同程度的减小。q越大，负孔隙水压力范围减小得越明显。将渗流场的分析结果导入slope/w可知，q越大，边坡的安全系数Fs越小。特别是当q=Ks时，边坡表面达到暂态饱和状态，负孔隙水压力减小到0，基质吸力和安全系数Fs减小到

最小值。但是，当q大于Ks后，负孔隙水压力分布没明显变化，安全系数不变。说明增加的雨水并没有入渗到边坡内部，而是沿着边坡表面流走。

（2）降雨持续时间的影响

设置降雨强度为一定值，假设降雨总时间为1天（24h），分析在不同降雨时刻（4.8h，14.4h，24h，33.6h，48h）边坡的渗流场和安全系数的变化。由seep/w得出的压力水头分布图可知，随着降雨时间的增加，边坡内部负孔隙水压力的范围逐渐减小。在初始时刻，边坡顶部处负孔隙水压力最大，随着时间增加，表层土体饱和度增加，最大负孔隙水压力值不再为边坡表面处，而是产生于一定深度的过渡层土体处。随着时间继续增加，雨水继续入渗，表层土体饱和度不断增加，使最大负孔隙水压力范围不断下移而且不断减小，同时地下水位上升。到降雨24h，即降雨停止时刻，表层土体负孔隙水压力减小到最小值。由slope/w可知，随着时间增加，安全系数Fs不断减小，在24h达到最小值。降雨停止后，随着时间的延长，表层负孔隙水压力逐渐恢复，同时地下水位逐渐回落，Fs逐渐变大。

（3）土层性质的影响

①上层为渗透性差的土层 将上述边坡模型的两层土互换，即上层为粘土，下层为粉土。中雨24mm/d小于粉土的饱和渗透系数，但大于粘土的饱和渗透系数，由seep/w分析得出，中雨时边坡上层的粘土已达到饱和状态，负孔隙水压力明显减小，继续增加降雨强度，压力水头不再变化。由slope/w可知，降雨入渗后安全系数Fs有所减小，但增加降雨强度，Fs不再变化。

②上层为渗透性好的土层 改变边坡模型，上层土改为渗透性好的细砂，其余参数不变。5种雨强均小于细砂的饱和渗透系数，雨强较小时，只有坡肩局部达到饱和状态，随着雨强增大，饱和带逐渐联通扩大至坡脚部位。由于砂土渗透性好，降雨入渗量大，含水量增加，抗剪强度锐减，Fs急剧减小。

3结论

边坡土体存在非饱和区，在没有降雨影响时，非饱和区土体由于存在负孔隙水压力而产生基质吸力，在一定程度上提高了土体强度。降雨入渗作用下，土体含水量增加，饱和度增加，负孔隙水压力减小，基质吸力减小，抗剪强度减小从而降低边坡的稳定性。特别是强度大，历时长的降雨容易诱发滑坡地质灾害。

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