降雨影响下公路路堑土质边坡稳定性分析.pdf

交通建设建材与装饰2016年9月降雨影响下公路路堑土质边坡稳定性分析宁山超（广东省交通规划设计研究院股份有限公司广东广州510635）摘要：针对某公路路堑边坡，采用有限元法对三种不同降雨工况下的边坡渗流场进行了分析，在此基础上应用极限平衡法，分析了边坡在不同降雨工况下的稳定性。分析结果表明：降雨强度越大，孔隙水压力变化速率越快，单位时间入渗深度也越大，变化最大位置位于坡脚处；随着降雨进行，边坡稳定性逐渐降低，后略有提高，并稳定在较低水平。关键词：降雨；公路路堑；土质边坡；稳定性中图分类号：U416.14文献标识码：A文章编号：1673-0038（2016）38-0234-02引言公路路堑边坡通过一定的支挡、防护设计，正常使用状况下，稳定性较好。边坡使用中伴随着越来越多的长持时降雨和短时强降雨等恶劣天气影响，出现滑塌等边坡失稳现象也越来越普遍。大量公路边坡滑坡的统计结果表明，多数边坡失稳或者滑坡现象都出现在降雨期间或者降雨之后的某段时间内，由此可知图1分析模型几何尺寸（单位:m）降雨是公路边坡失稳的主要诱因之一。主要依据室内试验或者经验公式拟合而来，本文采用土体样本本文将对此采用有限元法与极限平衡法相结合的方式，对某库和土体体积含水率拟合的方法获取。具体计算参数如表1示。公路路堑边坡工程实例展开分析。表1土体主要计算参数饱和渗透系数内摩擦角饱和体积含水率1工程概况项目重度（kN/m3）粘聚力（kPa）（m/s）（°）（%）某公路沿线分布大量高陡路堑边坡，其中路堑土质边坡多为参数1.15e-618.915.526.030残坡积土构成，下卧岩质山体，分布于山脊间。根据项目所在区2.3分析工况域历史降雨统计分析，降雨主要集中在3～8月份，占全年降雨量根据项目所在区域气象、水文统计资料，选取3种典型降雨的74.7%；统计期内单日最大降雨量达300.3mm。最大单时降雨强度（暴雨、大雨、中雨）进行降雨入渗数值分析，降雨强度在降60.5mm。雨持续期内为一定值，三种工况下，降雨持时均为4h，具体降雨2计算模型及分析工况分析工况见表2。表2降雨分析工况2.1计算模型分析工况降雨强度（mm/h）降雨时长（h）降雨总量（mm）计算持时（h）为了更加合理的分析降雨影响下的路堑边坡渗流场及其对工况一60424022边坡稳定性的影响，对实际公路路堑边坡进行了适当简化，建立工况二30412022了较为理想的数值分析模型进行计算。边坡开挖成型后，地下水工况三1546048位线降坡坡率略小于边坡坡率。在边坡坡面靠近坡顶、坡中、坡3计算结果及分析脚处分别设置了A、B、C三处观测点对降雨影响下边坡的渗流特3.1孔隙水压力随时间的动态过程分析性进行监测分析（如图1）。图2为边坡初始状态及3种分析工况下的孔隙水压力分布2.2计算参数情况。由图（a）可知：边坡在初始条件下，边坡土体孔隙水压力以土水特征曲线是反映岩土体含水率和基质吸力的关系曲线，地下水位线为界，水位线以上为负孔隙水压力，孔压随着高程的是渗流分析中一个重要的关系模型。通常土水特征曲线的获取!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!须要协调排水规划才能够保障路面质量。尤其在对一级公路和参考文献高速公路排水沟设置的时候，一旦出现大暴雨等天气，容易形成[1]李林紫.公路路基施工质量管理的强化措施[J].中国新技术新产品，积水，进而可以通过分散排水以及集中排水等方式进行快速排2015（21）.水，地下排水工作往往主要针对的对象就是渗透排水，当积水过[2]李常健.对公路工程路基施工技术的研究[J].科技风，2015（11）.多的时候，往往都会通过渗水管的渗沟达到排水的效果。[3]杨燕芳.公路路基施工技术浅谈[J].科技与企业，2014（21）.随着我国公路行业的快速发展，路基质量的好坏会直接影响收稿日期：2016-9-2到我国公路行业的可持续性发展，所以，必须要不断的完善和创新公路路基施工技术，才能够提高路基质量，进而实现我国公路行业的可持续性发展，有助于我国和谐社会的构建。·234· 2016年9月建材与装饰交通建设（a）初始时刻（b）降雨4h（工况一）（a）降雨工况一（c）降雨4h（工况二）（d）降雨4h（工况三）图2各分析工况下孔隙水压力分布图增加而递减，在边坡坡顶表面负的孔隙水压力值最大，达到-100kPa，土体处于非饱和状态；水位线以下，孔隙水压力为正值。（b）降雨工况二图（b）～（d）表明：在三种不同降雨强度影响下，雨水的入渗导致边坡表层土体由负的孔隙水压力变为零，表明边坡坡面在雨水入渗作用下由非饱和态逐渐向饱和态过渡。随着降雨入渗的持续，边坡浅层土体达饱和，出现了较大的正的孔隙水压力，在降雨工况一条件下，持续降雨达4h时，边坡孔隙水压力值达到140kPa，入渗深度为88～95cm左右，在浸润线下方的浸润区出现了孔隙水压力从0向土体初始孔隙水压力迅速变化的浸润（c）降雨工况三段。该浸润区土体软化、松散，土体抗剪强度急剧下降，降雨引起图3各监测点孔隙水压力变化的浅层滑坡多由此产生，为减少雨水浸润边坡深层土体，对于边分析，结果表明：坡设置合理的深层防排水措施是十分有必要的。（1）降雨入渗影响下，降雨入渗区内的孔压由降雨前的负孔对比图（b）～（d）可知：降雨强度越大，边坡顶部入渗深度越隙水压力逐渐向正的孔隙水压力变化，变化速率受降雨强度影大，孔隙水压力值也越大。工况一降雨4h时，入渗区域深度达响，孔隙水压力变化率与单位时间入渗深度与降雨强度成正比。90cm左右，相同降雨持时，工况二入渗区域深度则在50cm左（2）降雨的入渗会引起边坡稳定性降低，降雨停止后稳定性右。边坡坡脚处的浸润区和孔隙水压力值与降雨强度成正比，为缓慢提高，但仍会在一段时间内持续低于初始状态值。边坡中需要重点关注的部位。图3为边坡在三种分析工况下监测点的孔隙水压力与时间参考文献的关系。从图中可知：降雨开始后短时间内，各孔隙水压力保持[1]杨娇，王宇，等.降雨入渗下残坡积土边坡的稳定性模拟研究[J].安全初始值。随着雨水下渗的持续，雨水下渗深度达到监测点所在深与环境工程，2012.度，监测点孔隙水压力由负孔隙水压力迅速向零变化，并渐变为[2]黄晨，蔡杰，等.考虑降雨入渗的坡积土边坡渗流场及稳定性分析[J].正孔隙水压力值，降雨停止后，土体内水分逐渐消散，孔隙水压公路与汽运，2013.力值则随之变小，过渡为负值，此时土体由饱和态过渡到非饱和[3]黄润秋，戚国庆.非饱和渗流基质吸力对边坡稳定性的影响[J].工程地态。监测点距边坡坡脚越近，降雨结束后的孔隙水压力越大，且质学报，2002.变化率也越大。[4]李广信，等.高等土力学[M].北京：清华大学出版社，2004.3.2降雨对边坡稳定性的影响[5]汪益敏，陈页开，韩大建，莫海鸿.降雨入渗对边坡稳定影响的实例分析基于上述渗流计算结果，采用极限平衡法计算边坡在土体中[J].岩石力学与工程学报，2004.基质吸力变化与土体重度变化共同影响下的稳定性。得到各种分析工况下边坡最小安全系数与降雨时间的关系。收稿日期：2016-8-13计算表明：在不考虑边坡支护条件下，降雨的入渗将引起边作者简介：宁山超（1989-），男，湖北松滋人，助理工程师，工学硕坡稳定性降低，随着降雨的进行，边坡安全系数明显下降，由初士，主要从事路桥设计工作。始时刻的2.6降至最低时的1.6，降雨停止后安全系数慢慢变大，所获荣誉及奖励：2014～2015年度广东省优秀工程咨询成果奖一维持在一较稳定值1.8附近。说明降雨对于边坡稳定性有持续的等奖。影响。4结论本文结合某公路路堑边坡，采用有限元与极限平衡法相结合的方法，对不同降雨条件下的边坡渗流场及稳定性进行了计算·235·