降雨作用下高速公路边坡稳定性分析

[摘  要]：引发边坡失稳的因素很多，降雨是诱发边坡失稳的主要因素。为研究降雨作用对边坡稳定性影响，文章以西南某高速公路路堑边坡为工程依托，以边坡稳定安全系数作为衡量指标，利用Geo-Studio分析软件，重点探究不同降雨时长、停雨后时长、降雨强度因素下边坡稳定安全系数变化规律以及边坡失稳分析。结果表明：（1）当降雨强度一定时，降雨过程中边坡稳定安全系数随降雨时长增加而逐渐减小。（2）雨停后边坡稳定安全系数随静置时间增加而增大最后趋于稳定。（3）当降雨时间相同时，降雨强度越大，边坡稳定安全系数越小。

[关键词]：边坡稳定性分析; 降雨; Geo-Studio

U416.1+4A

西南山区地质条件、地形地貌较为复杂，在高速公路修建过程中难免会穿越山区丘陵地带，不少线路会临近边坡，甚至会对沿线区段进行开挖，进而形成边坡。西南地区高山丘陵地带高速公路边坡具有数量多、存在稳定性劣化等特点。全国每年滑坡灾害频发，严重影响了交通、基础设施等的安全运营，每年造成数千亿元的经济损失，严重威胁到国民经济发展甚至人民群众生命安全[1-2]。引发边坡失稳的因素很多，可分为内部因素（岩土体类型、边坡形态、边坡地质构造等）和外部因素（地震、人类活动、降雨等），大量资料表明，降雨是引诱边坡失稳最普遍和最主要的因素[3-5]。因此，研究降雨作用下对边坡稳定性的影响具有重要意义。

1 工程概况

本文以西南某高速公路路堑边坡为研究对象，对降雨作用下边坡稳定性研究。边坡为均质土坡，边坡坡度约为36°，坡高约为20 m，边坡几何尺寸如图1所示。土体重度γ=20.5 kN/m3、内摩擦角φ=28.6°、粘聚力c=20.2 kPa、泊松比μ=0.35、弹性模量E=150 MPa，边坡土力学参数见表1。

2 数值模型建立

根据该高速公路路堑边坡几何尺寸情况，利用Geo-Studio软件构建边坡模型模拟降雨作用下对边坡稳定性的影响。土体材料选取Mohr-Coulomb模型，具体见表1边坡土力学参数。边坡土-水特征采用Van Genuchten（VG）模型，模型参数a=6.256、模型参数n=1.519、饱和含水量θs=0.352、残余含水量θr=0.098、饱和渗透系数ks=1.59×10-5m/s，土体材料参数见表2。其中AB、BC、CD为降雨入渗边界，DE、AF为不透水边界，AF、DE为水平约束边界，EF为固定约束边界，AB、BC、CD为自由边界。边坡模型地面位于地下水位位置处，其孔隙水压力为0，设定为单位流量为0的不透水边界条件。

3 数值模拟结果分析

3.1 降雨时长及停雨后对边坡稳定性的影响

为研究降雨时长对边坡稳定性的影响，取降雨强度180 mm/d保持不变条件下，对连续降雨时长36 h过程中边坡稳定安全系数分析。

降雨时长对边坡稳定安全系数的影响结果见图2。降雨对边坡稳定性的影响较为明显。边坡稳定安全系数随降雨时长增大而减小，历时36 h连续降雨，边坡稳定安全系数从1.312下降到0.968，降幅26.2%。由于基质吸力的存在，基质吸力有利于土体的抗剪强度，边坡前期处于非饱和状态，由于降雨对土体的入渗作用，土体的含水量逐渐增大，基质吸力减小，土体的抗剪强度降低，重度逐渐增大，边坡下滑力增大，这些因数导致边坡稳定性降低，边坡稳定安全系数逐渐减小。

由图3数值模拟结果可知，雨停后边坡稳定安全系数随静置时长增大而逐渐增大最后趋于稳定。随着土体内部的雨水逐渐排出，土体的含水量逐渐减小，基质吸力逐渐增大，土体的抗剪强度逐渐增大，土体重度逐渐减小，边坡下滑力随之减小，边坡稳定安全系数逐渐增大最后趋于稳定。

3.2 降雨强度对边坡稳定性的影响

为研究降雨强度对边坡稳定性的影响，在降雨时长36 h相同的条件下，分别设置降雨强度为80 mm/d、180 mm/d、250 mm/d 3种工况下，分析边坡稳定安全系数的变化情况。

由图4可知，在不同降雨强度下，降雨对边坡的稳定安全系数都是随降雨时长的增大而减小，当降雨时长相同时，降雨强度越大，边坡稳定安全系数越小，即降雨相同时刻，80 mm/d的安全系数大于180 mm/d的安全系数大于250 mm/d的安全系數。由于边坡受降雨时长相同时，降雨强度越大的导致边坡入渗的雨水越多，含水量越多，基质吸力越小，进而边坡稳定性越小。

4 结论

本文结合工程实例，在降雨作用下对边坡稳定性影响研究，主要分析了降雨时长、雨停后、降雨强度对边坡稳定安全系数的影响，结果表明降雨对边坡失稳的影响较为明显。得到几点结论：

（1）当降雨强度相同时，降雨过程中，土体含水量越大，土体抗剪强度逐渐降低，土体重度增大，边坡下滑力增大，越不利边坡稳定，边坡稳定安全系数随降雨时长增加而逐渐减小。

工程结构陈华川：
降雨作用下高速公路边坡稳定性分析

（2）雨停后边坡土体含水量和土体重度逐渐减小，边坡土体抗剪强度逐渐增大，边坡稳定安全系数逐渐增大最后趋于稳定。

（3）降雨过程中，在同一时刻，降雨强度越大，边坡稳定安全系数越小。

参考文献

[1] 钟立勋.华蓥山（广安市）溪口镇滑坡-泥石流[J].中国地质灾害与防治学报，2007（4）：6.

[2] 刘新喜，晏鄂川，王鹏飞，等.滑坡稳定性评价的非线性方法[J].中国安全科学学报，2003（1）：37-39.

[3] 徐全，谭晓慧，沈梦芬.降雨入渗条件下土质边坡的稳定性分析[J].岩土工程学报，2012，34（S1）：254-259.

[4] 彭世真.降雨对非饱和土质边坡稳定性影响的研究[J].工程建设，2006（3）：8-12.

[5] 李媛，孟晖，董颖，等.中国地质灾害类型及其特征——基于全国县市地质灾害调查成果分析[J].中国地质灾害与防治学报，2004（2）：32-37.