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水位下降对非饱和边坡稳定影响的有限元分析

渗透力,非饱和土,土水特征曲线,M-C强度准则,安全系数

计算力学在工程中的应用 > 计算岩土力学与岩土工程

坡面水位下降对非饱和土质边坡稳定的影响主要存在于两个方面。一方面，坡面水位下降会在边坡内部产生渗流，渗流对土颗粒的推动与拖拽作用产生的渗透力是影响边坡稳定的不利因素。另一方面，随着坡面水位下降，土体内部的有效应力会增大，这是提升土体强度的有利因素；此外，土体内部的非饱和区域将扩大，整体饱和度降低，非饱和部分基质吸力提升，也会显著提升土体的强度。在坡面降水位过程中，边坡瞬时安全系数Fs的变化是这两种因素共同作用的结果，居于主导地位的因素决定了在降水位过程中土坡是倾向于更安全还是更危险。在分析非饱和土质边坡稳定问题时，须要对瞬态渗流和土体的强度同时加以考虑。这两种因素又共同受到土体渗透系数K、坡面水位降幅Δh与水位降速v的影响。有限元分析结果表明，在坡面水位下降的初期，孔隙水压消散不充分，渗透力的负面影响居于主导地位，边坡稳定性下降；而后期土体强度的增加占主导地位，坡稳定性逐渐上升。边坡的Fs在整个降水位过程中呈现出先下降、后上升的趋势，坡面降水位最危险的阶段为水位下降的初期。边坡安全系数最小值Fs，min受渗透系数K与水位降速v的共同影响。降水速度v越大，Fs，min的值越小，出现的时间也更早，这一特点在渗透系数较低的土坡中尤为显著。渗透系数较低的土坡其Fs，min较小，在从Fs，min恢复至初始安全系数时所需的时间也更久。在处理实际问题时，根据土体的渗透系数选择合理的水位降速区间对于防止边坡事故具有重要的意义。