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降雨入渗作用下土质边坡稳定性分析

2013-04-09姜朋明陈小健江苏科技大学土木工程与建筑学院江苏镇江212003

长江大学学报(自科版) 2013年34期

纵 岗,梅 岭,姜朋明,陈小健 (江苏科技大学土木工程与建筑学院,江苏 镇江212003)

降雨是一种常见的天气现象,也是众多边坡工程事故的重要诱发因素。降雨导致土体内部的孔隙水压力发生变化,基质吸力减小,土体的抗剪强度降低发生滑坡事故。不同的降雨强度和降雨历时对边坡稳定性的影响程度也不同,因此研究各种雨况下的边坡稳定性十分必要。西南地区作为我国滑坡事故的常发地带,针对该地区的降雨特点,笔者对降雨入渗作用下的土质边坡稳定性进行了研究,以便为滑坡的预防和治理提供参考❶❶江苏科技大学研究生创新计划资助项目 (2012-35)。。

1 饱和-非饱和渗流理论

在降雨条件下的边坡渗流场的分析中,雨水的流动是典型的二维饱和-非饱和问题,达西定律仍然适用其渗流规律的描述。土体内非饱和-饱和渗流的控制方程形式为[1-4]:

式中,h为总水头,m;kx和ky分别为x和y方向的渗透系数,m/s;w为含水层中流入或流出的水量,m3/s;mw为比水容量,m3/kg;ρw为水的密度,kg/m3;g为重力加速度,m/s2;t为时间,h。

水头边界条件如下:

式中,k为总的渗透系数,m/s;n为水流外法线的方向向量。流量边界条件如下:

式中,q为边界上的流量,m3/s;Γ1、Γ2分别为水头边界和流量边界的定解函数。初始条件为:

式中,h0为开始时刻的水头,m;Ω为水体流过的区域,m2。所使用的土水特征曲线模型为V-G数学模型[5]:

式中:a、b、n 分别为拟合参数,k Pa;ψ 为基质吸力;θ为体积含水量;θs为饱和体积含水量;θr为残余体积含水量;Se为饱和度。

该模型的土-水特征曲线如图1所示。……

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