降雨条件下非饱和土边坡渗流-应力耦合分析

吕雨桦, 梁德贤, 王 莹, 黄 翔

(桂林理工大学 地球科学学院, 广西 桂林 541006)

自然环境中边坡土体大多数处于非饱和状态, 非饱和土由于基质吸力的存在， 其抗剪强度较高, 使边坡处于稳定状态。受降雨入渗影响, 非饱和土的体积含水量增加, 力学强度显著降低, 进而导致滑坡的发生， 如千将坪滑坡[1]、 东乡县何坊村滑坡、 陈家湾沟滑坡[2]、 水城县滑坡等, 均揭示了降雨入渗是导致非饱和土边坡失稳的主要因素之一。

针对这一问题, 以往是先分析降雨入渗引起坡体内部渗流场的变化, 再结合极限平衡法或有限单元法来研究边坡稳定性[3-6], 忽略了土-水之间的相互影响。降雨入渗边坡岩土体的实质是渗流作用下渗流场与应力场耦合作用, 双场的影响具有相互性、 可逆性。目前, 双场耦合分析主要分为两大类: 一是间接耦合法, 先将两场分开计算, 通过两场的交叉迭代达到耦合目的[7-8]; 二是直接耦合法, 以渗流场与应力场为未知值建立数学模型, 求得解析解来达到完全耦合目的[9-12]。对于土体而言, 直接耦合法通常是基于Biot固结理论, 该方法无需进行两场的反复迭代, 只需有限单元法求解即可得到全部结果, 具有简单、 直观的特点。同时, 边坡变形过程本质上是其内部渗流场和应力场直接耦合的结果, 因此本文选用直接耦合法分析边坡稳定性问题更具实际意义。

为此, 本文以广西兴业县洛阳滑坡为研究对象, 基于非饱和土流固耦合理论及有限元极限平衡原理, 通过Geo-Studio有限元数值分析软件建立非饱和土边坡数值模型, 对非饱和土边坡渗流场、 应力场、 变形场进行直接耦合分析, 并在此基础上研究非饱和土边坡稳定性演化规律。……