闫川江
重庆交通大学 土木工程学院，重庆 400074
摘要：强降雨是边坡发生失稳破坏的主要诱因之一，而边坡失稳破坏会对安全与经济造成极大影响。本文通过不同降雨强度工况的模拟分析：降雨会导致边坡发生塑性破坏，最大塑性应变出现在坡脚位置；随着降雨的持续进行，边坡稳定系数逐渐减小且在特大暴雨作用下坡安全系数随时间减小的速度明显加快。
关键词：边坡稳定；降雨入渗；塑性应变；安全系数
0 引 言
边坡的内部变形较为复杂，大量工程实践表明，边坡失稳破坏大多存在水的活动痕迹。而其中强降雨[1]对于边坡发生失稳破坏有着较大影响。在降雨条件[2] - [3]下，边坡受后缘张裂隙和潜在滑面中的水压力驱动，将导致边坡滑移破坏发生，具有突发性和隐蔽性，常常因引不起人们的注意而造成大规模的地质灾害。
近年来，对于降雨对边坡稳定性的研究，国内外学者做了大量的工作。而且相互研究方向略有不同，主要包括研究前期降雨对后期边坡长期的稳定性影响以及强降雨作用下对边坡稳定性的影响。而强降雨作用下边坡失稳有突然、破坏性强等特点，因此针对强降雨作用下边坡失稳的研究并提前做好防护措施，有着较大的实际意义。
1降雨作用下的边坡数值模拟
1.1 计算模型和分析工况
本文采用二维数值模拟，模型整体高度65m,边坡高度为35m，长度为131m，坡角28°，属天然边坡，建立的模型尺寸和网格划分如图1 所示。
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图1 天然边坡降雨入渗二维数值分析模型
Fig. 1 2D numerical analysis model of rainfall infiltration in natural slope
其中土体材料的本构模型采用 Mohr-Coulomb，边界条件有以下3种：①初始水头；②降雨边界③静力边界。其中，初始水头包括模型左侧总水头54.5m，右侧总水头18m；降雨边界包括 50mm/d、100mm/d和200mm/d等3种工况；静力边界即左/右侧约束X方向位移，底部约束X、Y向约束。土体材料采用的是2D平面应变单元，其中土体弹性模量E为35MPa, 泊松比 μ为0.27，容重γ为21 kN/ m3，饱和容重为23 kN/ m3，初始空隙比为1，粘聚力 c为14.6 kPa，内摩擦角 φ为20.5°。
本文采用强度折减法计算边坡的安全系数。
1.2 稳定性分析
1、通过分析前述各工况的塑性区分布，当降雨强度为50mm/d时，塑性破坏从坡脚开始发生，随着降雨量的增大，塑性应变逐渐增大并从坡脚向上扩展，形成了范围更大的塑性破坏区，当降雨强度增大到200mm/d时，坡角处出现最大塑性应变，说明边坡内部出现了较大的塑性变形。
2、前述各分析工况由强度折减法得到的边坡安全系数如表1所示。
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图2 各分析工况中的边坡安全系数变化曲线
Fig. 2 Slope safety coefficient change curve in each analysis condition
从表1和图2可以看出，随着降雨的持续进行，边坡稳定系数逐渐减小，且在降雨强度为200mm/d时，边坡安全系数随时间减小的速度明显加快，这表明长时间的大暴雨极易使土质边坡发生失稳。
2结 论
本文分析了二维土质边坡降雨入渗作用下的稳定性变化并得出以下结论：
（1）降雨导致边坡发生塑性破坏，最大塑性应变出现在坡脚位置。
（2）随着降雨的持续进行，边坡稳定系数逐渐减小，且在降雨强度为200mm/d时，边坡安全系数随时间减小的速度明显加快。
参考文献
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