论降雨持续时间对边坡稳定的影响分析论文_杨永怀,刘立,姜李琴

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摘要：山体滑坡是世界各地常见的地质灾害之一，威胁着我们的生命以及财产安全。

本文通过使用GeoStudio的边坡稳定分析模块采用Morgenstern-price法、Ordinary法、Bishop法和Janbu法研究了降雨持续时间对边坡稳定性的影响。

关键词：GeoStudio；降雨时间；边坡稳定；

本文将在前面人各种降雨条件、降雨类型对边坡土体内部渗流以及孔隙水压力影响的基础上，得到了体积含水率和孔隙水压力随着降雨持续时间和所在边坡位置的变化规律，在此基础上利用Vanapalli1996年提出的的抗剪强度理论（公式1）来确定抗剪强度的变化，然后对边坡稳定性利用GeoStudio的边坡稳定模块做出模拟研究分析。

公式1

式中——体积含水率；——饱和体积含水率；

——残余体积含水率；

在降雨强度为10mm/d的条件下，降雨持续时间为3天、停止降雨3天的过程中，三个边坡截面在Morgenstern-price法、Ordinary法、Bishop法和Janbu法

计算下得到的边坡安全系数随时间的变化曲线如下：

在以上图中，降雨持续了3天，即72小时，对比1截面和2截面在不同计算方法下得到的边坡安全系数可知，边坡在相同的降雨强度下，降雨持续时间越长，降雨对边坡稳定性的影响越大，边坡安全系数下降的越明显。但是降雨停止后一段时间，边坡安全系数先是有短暂的基本无变化，然后才有恢复的迹象，并且恢复速度相较于下降速度较为缓慢，降雨停止后72小时边坡安全系数还未恢复至 原有水平。3截面在10mm/d的降雨强度下持续72小时过程中边坡安全系数变化幅度相较于1截面和2截面是比较小的，这是因为3截面的滑面全部位于强风化炭质页岩（如图6所示），而1和2截面的滑面基本存在与含碎石粉质粘土中，因此会有所不同。

对比两幅图的最小的安全系数曲线，全部是通过Ordinary法计算得到，这是因为Ordinary法不仅把滑动曲面定义为圆弧面，而且没有考虑条间力。正是因为没有考虑条间力的作用，若周密的考虑的话，Ordinary法所划分的每一个土条的平衡条件都无法满足，仅仅满足所有滑动土体的力矩平衡条件，并且在坡脚和坡顶没有考虑所划分土体的侧向的法向力，土体底部的剪切力和法向力没有办法平衡，所以该方法计算得到的边坡安全系数会比其他三种方法计算得到的结果要小，差距范围大约为10%到20%。

上面几幅图中Morgenstern-price法和Bishop法计算得到的边坡的安全系数在基本一致，并且计算得到的安全系数比其他两种计算方法所得的安全系数要大一些，这是因为Bishop法和Morgenstern-price法都考虑了所划分土条法向存在的力，Morgenstern-price法不仅仅考虑了土条间法向的力，而且还考虑的土条间的剪切力，在土条间的法向力和剪切力之间还建立了一个函数关系式，其中包含了半正弦、梯形、常量、削峰正弦、离散数据点等，计算结果与Ordinary法和Janbu法相比，是较为精确的。

边坡各个截面在10mm/d的降雨强度下，持续降雨72小时的过程中边坡用Morgenstern-price法计算得到的最危险滑面的位置如下图所示

边坡1截面的在10mm/d降雨下持续72小时的过程中用Morgenstern-price法计算得到的最低的安全系数为1.316，Ordinary法计算得到的最低安全系数为1.268，Bishop法计算得到的最低安全系数为1.303，Janbu法计算得到的最低安全系数为1.275。截面在降雨持续72小时后边坡安全系数达到最低，此后降雨停止安全系数有所上升，滑面所处位置大部分区域在含碎石粉质粘土中，在滑面底部有一部分入侵到了强风化炭质页岩。

边坡2截面在10mm/d降雨下持续72小时的过程中用Morgenstern-price法计算得到的最低的安全系数为1.277，Ordinary法计算得到的最低安全系数为1.236，Bishop法计算得到的最低安全系数为1.277，Janbu法计算得到的最低安全系数为1.255。同样也是当降雨持续72小时后边坡安全系数达到最低，2截面的滑面基本全部处于含碎石粉质粘土中，没有与强风化炭质页岩有过多接触，因此安全系数与1截面的边坡安全系数相比较高。

边坡3截面在10mm/d降雨下持续72小时的过程中用Morgenstern-price法计算得到的最低的安全系数为1.618，Ordinary法计算得到的最低安全系数为1.447，Bishop法计算得到的最低安全系数为1.613，Janbu法计算得到的最低安全系数为1.492。与1截面和2截面想比，3截面全部处于强风化炭质页岩中，强风化炭质页岩为较为破碎的强风化炭质页岩，相对于含碎石粉质粘土的含碎石粉质粘土较为坚固，所以安全系数大幅度的增加。

在10mm/h的降雨强度下持续降雨72小时的过程中，边坡三个截面安全系数均随着降雨持续时间的增加而不断减少，在此类模拟时降雨强度较大，在降雨结束后，边坡安全系数会出现较为明显的回升，回升速度较为缓慢，降雨三天后还未恢复至边坡降雨前的安全系数，这也与降雨后仅仅只是考虑了雨水入渗和表面径流对边坡内部孔隙水压力和体积含水率的影响有关。

结论：在相同的降雨强度下，降雨持续时间越长，对边坡稳定性影响就越大，边坡就越不稳定。这主要是因为雨水入渗使得地下水位会有所抬升，边坡土体的孔隙水压力和体积含水率增加，降雨的持续时间越长，孔隙水压力和体积含水率的增加幅度就越大，土体的抵抗剪切的能力会降低，边坡稳定性会随着降雨持续时间的增加而不断减小（以上结论是通过影响边坡土体孔隙水压力和体积含水率，减小土体抵抗剪切的能力，减小基质吸力等直接因素扰动边坡的稳定性为基础得出的）

参考文献

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论文作者:杨永怀,刘立,姜李琴

论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期

论文发表时间:2020/1/18

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