降雨入渗对路基边坡稳定性的分析

降雨入渗对路基边坡稳定性的分析

刘萌萌

重庆交通大学 土木工程学院 重庆 400074

摘 要：我国道路水平增加使得路基病害问题日益严重，这对公路稳定性提出了更高的要求。在降雨作用下，雨水入渗路基边坡，会影响路基土的结构特性和力学特征，并降低边坡土体的强度和稳定性，导致边坡出现各种病害。本文重点研究了降雨状态下的路基边坡稳定性，将降雨对路基边坡的影响进行了较为全面的总结。

关键词: 降雨入渗；路基边坡；安全系数

0  引  言

雨水入渗路基边坡，影响其结构特点和力学性质从而减小边坡土的强度和稳定性，然后减小边坡土的吸力，进而降低非饱和土的抗剪强度，导致路基边坡病害频出。因此对降雨影响下对路基边坡稳定性进行分析研究至关重要。

本文重点研究了降雨状态下的路基边坡稳定性，阐明了降雨入渗对边坡稳定性的影响机理、降水入渗过程，并对降雨对路基边坡的影响进行了较为全面的总结。

1  降雨条件下对路基边坡稳定性的分析

1.1 入渗机理

路基边坡的降雨入渗是边坡土体从非饱和逐渐趋于饱和的动态变化过程。降雨形式的边界条件可以分为压力边界和流量边界。在降雨强度比土体的饱和渗透率大的情况下，使用压力边界条件；在降雨强度比土体饱和渗透率低的情况下，入渗率大小等于降雨强度，采用流量边界条件[1,2]。由于土体含水率不同，可以将含水率分布坡面分为饱和区、过渡区、水分传递区、湿润区[4]。

1.2 分析方法

考虑雨水入渗，边坡稳定性分析方法主要有以下两种：

（1）刚性极限平衡分析。假定滑动面的形状为圆弧面、平面、数螺旋面或某些不规则曲面。滑块沿着滑动面滑动，滑动面上的土体服从破坏条件。不能反映在实际情况下土体的内力和反力，或求出变形，只能通过人为虚拟来计算安全系数[5]。具有严格的理论依据，遵守塑性力学的极限分析；可不预先假定破坏面和上的应力分布；得到稳定性的指标；判别方法简单直观[6]。

（2）有限元法。Clough[5]于1996年采用有限单元法对土坡稳定性进行分析，后广泛推动，并快速发展。此法考虑了边坡局部岩体的非均质性和不连续性，进行边坡稳定性分析时，可近似分析土体的应变、应力及各点应力状态下的塑性屈服状态等[7]。有限元方法具有高精度的分析精度，无需人工假定，拥有严谨的理论基础，可考虑复杂边界条件因素，与土力学本构方程相结合及与其他数值分析方法综合使用。

2  影响因素

2.1 降雨模式

降雨模式常分为四种，分别为前锋型、中锋型、均布型、后锋型。降雨结束时，孔隙水压力随后峰型、中峰型、均布型、前峰型依次降低。产生最大饱和深度是后峰型、均布型、中锋型、前峰型递减。随降雨强度增大而增大。路基边坡稳定性随前锋型、中锋型、均布型、后峰型依次降低，差异随降雨强度增大而增大[8]。主要由于降雨强度峰值出现早，延长水分渗入路基内的时间，路基表层的饱和深度及孔隙水压力会相对较小，产生的影响也最小[9]。

2.2 降雨强度

在短时强降雨中，降雨入渗量小，地面排放量较大，对边坡表层的体积含水量有较大的影响，在此阶段结束后，边坡的安全系数会增加，如果长时间弱降雨，边坡雨水的入渗量较大，对边坡深层土的体积含水量有较大的影响，其安全系数也会随之减慢[10]。随着降水的增加，边坡的孔隙水压力、基质吸力、渗透系数均愈来愈大、滑动面深度变浅[11]、边坡水平位移的范围和数值随之增大，随着时间的推移，边坡的水平和数值也会随之增加。随着降雨强度的不断增加，降雨入渗范围也变大了，明显降低了基质吸力和土的强度，导致边坡安全系数降低[12]。

2.3 降雨历时

当降雨历时增加，边坡的横向位移也增加。随着降雨历时的下降，边坡的安全系数也会改变。雨停后，还会有一些雨水渗入边坡，边坡的安全系数的变化相较于降雨历时会明显滞后[10]。雨水进入地下水，边坡的孔隙水压力降低，抗剪强度增大，渗透性的增加导致安全系数大大降低[11]。同时安全系数在一段时间内，仍然不能恢复到降水之前，从而危及了边坡的稳定。

3  总  结

本文主要梳理了在降雨条件下，边坡稳定性的机理、降水入渗过程、路基边坡稳定常用等方法进行阐述，并对降雨对路基边坡的影响进行了较为全面的总结，得出降雨模式、降雨强度、降雨历时均会影响路基边坡稳定性，其中后锋型降雨模式稳定性最差，前锋型降雨模式稳定性最好，并且随着降雨强度的增加，差异也会越大。随着降雨的持续进行时，入渗深度不断增加，抗剪强度参数也减小，路基安全系数也会相应减小，诱使边坡稳定性下降，致使路基边坡失稳。

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