鄭俊杰，魚(yú)歡，郭震山，曹文昭

(1.黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006；2.華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

降雨條件下拓寬路堤穩(wěn)定性數(shù)值分析*

鄭俊杰1，2?，魚(yú)歡2，郭震山1，曹文昭2

(1.黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006；2.華中科技大學(xué) 土木工程與力學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

基于非飽和滲流理論，在有限差分軟件FLAC3D滲流模塊的基礎(chǔ)上，采用內(nèi)置FISH語(yǔ)言自編程序?qū)崿F(xiàn)了降雨條件下拓寬路堤上飽和-非飽和滲流過(guò)程的模擬，進(jìn)而分析了降雨入滲對(duì)拓寬路堤孔隙水壓力和飽和度的影響，以及土工格柵加筋和填料滲透系數(shù)對(duì)降雨條件下拓寬路堤穩(wěn)定性的影響.研究結(jié)果表明：降雨初期路堤土體基質(zhì)吸力迅速降低，邊坡最先達(dá)到飽和狀態(tài)，形成暫態(tài)飽和區(qū)；考慮降雨入滲影響時(shí)，拓寬路堤安全系數(shù)明顯減小，土工格柵加筋可有效減小降雨入滲對(duì)拓寬路堤穩(wěn)定性的影響；新路堤填料滲透系數(shù)對(duì)降雨條件下拓寬路堤穩(wěn)定性的影響較大，實(shí)際工程中應(yīng)保證路堤填土的壓實(shí)度并采取邊坡防護(hù)措施以減小雨水入滲的影響.

拓寬路堤；數(shù)值模擬；降雨入滲；孔隙水壓力；穩(wěn)定性

為滿足交通量持續(xù)增長(zhǎng)的需求，拓寬既有公路因具有投資規(guī)模小、節(jié)約用地及交通管理和養(yǎng)護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，成為優(yōu)先考慮的方法.降雨入滲是誘發(fā)路堤失穩(wěn)的重要因素之一，統(tǒng)計(jì)資料表明，絕大多數(shù)路堤失穩(wěn)都發(fā)生在降雨期或降雨后[1].我國(guó)西部地區(qū)降雨季節(jié)分布很不均勻，春冬干旱，夏秋多雨，強(qiáng)降雨對(duì)路堤邊坡穩(wěn)定性影響很大.對(duì)于拓寬路堤，舊路堤在長(zhǎng)期行車(chē)荷載和各種外界因素作用下，路堤土體已壓實(shí)致密，而新路堤雖經(jīng)壓實(shí)，但新、舊路堤土體性質(zhì)仍存在較大差異.降雨不僅改變了地下滲流場(chǎng)，也使路堤浸泡軟化，抗剪強(qiáng)度降低，而新、舊路堤結(jié)合部的薄弱搭接進(jìn)一步增大了降雨條件下拓寬路堤失效的風(fēng)險(xiǎn).

針對(duì)降雨誘發(fā)路堤邊坡失穩(wěn)的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已從理論分析、模型和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及數(shù)值模擬等方面做了不少工作，但有關(guān)降雨對(duì)拓寬路堤影響的研究較少.蘇永華等[2]對(duì)加筋切填路基變形影響因素的敏感性進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，無(wú)論是限制路堤頂沉降還是限制路堤側(cè)向位移，加土工格室效果比加土工格柵要好；鄒維列[3]通過(guò)人工降雨裝置，研究了非飽和黃土對(duì)加載和降雨入滲的響應(yīng)；言志信[4]應(yīng)用有限差分軟件兩相流模塊建立了非飽和土邊坡數(shù)值模型，并開(kāi)展了考慮降雨入滲影響的滲流場(chǎng)及穩(wěn)定性分析.Rahimi等[5]對(duì)強(qiáng)降雨入滲條件下的水力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析，探究了土水特征曲線的擬合參數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響；王協(xié)群等[6]采用基于變模量的彈塑性強(qiáng)度折減法，研究了降雨條件下非飽和路堤的變形和穩(wěn)定性；武彩萍[7]采用人工降雨裝置對(duì)黃土邊坡進(jìn)行室內(nèi)模型試驗(yàn)，觀察了強(qiáng)降雨條件下黃土滑坡的發(fā)生發(fā)展過(guò)程及坡面形態(tài)的變化情況；蔣中明等[8]采用FLAC3D軟件的非飽和滲流計(jì)算功能，實(shí)現(xiàn)了邊坡三維降雨入滲的模擬；劉小平等[9]分析了降雨對(duì)非飽和土路基含水量的影響，結(jié)果表明，滲流深度受到降雨強(qiáng)度、降雨時(shí)間、土的吸水率、非飽和土的進(jìn)氣值及滲透系數(shù)等因素影響.張社榮[10]為揭示強(qiáng)降雨入滲下邊坡失穩(wěn)破壞的內(nèi)在規(guī)律，從孔壓時(shí)空演化、位移時(shí)程和安全系數(shù)等角度探究了雨型和降雨強(qiáng)度等降雨特性對(duì)邊坡失穩(wěn)破壞的影響.

本文基于非飽和滲流理論，結(jié)合有限差分FLAC3D軟件滲流分析模塊，采用FISH語(yǔ)言自編程序，實(shí)現(xiàn)拓寬路堤在降雨條件下的飽和-非飽和滲流過(guò)程的模擬，進(jìn)而分析降雨入滲對(duì)拓寬路堤孔隙水壓力和飽和度的影響，以及土工格柵加筋和填料滲透系數(shù)對(duì)降雨條件下邊坡穩(wěn)定性的影響.

1 非飽和滲流在FLAC3D中的實(shí)現(xiàn)

非飽和滲流不同于飽和滲流，非飽和滲流中土的滲透特性與飽和度密切相關(guān)，滲透系數(shù)是飽和度的函數(shù)，而飽和度隨降雨入滲時(shí)間變化而變化，所以非飽和滲透過(guò)程是不斷變化的.FLAC3D在飽和-非飽和計(jì)算時(shí)，采用非飽和達(dá)西定律[11]，即

qi=-Kijkr(s)[p-ρxjg],

(1)

kr(s)=s2(3-2s).

(2)

式中：Kij為飽和滲透系數(shù)張量；kr(s)為相對(duì)滲透系數(shù)；s為飽和度；p為孔隙水壓力；ρ為流體密度；g為重力加速度分量.

FLAC3D的滲流計(jì)算能力很強(qiáng)，但計(jì)算過(guò)程中默認(rèn)節(jié)點(diǎn)上的飽和度為1.0，缺少基質(zhì)吸力與飽和度的函數(shù)關(guān)系.通過(guò)采用FLAC3D內(nèi)置FISH語(yǔ)言編寫(xiě)基質(zhì)吸力與飽和度的函數(shù)關(guān)系并嵌入到滲流計(jì)算過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)降雨條件下基質(zhì)吸力隨飽和度的變化而變化.土水特征曲線采用Van Genuchten提出的土體體積含水率與負(fù)孔隙水壓力的關(guān)系式[12]：

(3)

式中：θ為體積含水率；θr為殘余體積含水率；θs為飽和體積含水率；a，n′，m′為擬合參數(shù)，參數(shù)取值為a=100，n′=2，m′=1.根據(jù)體積含水率和飽和度的關(guān)系θ=ns，由式(3)可得出飽和度和孔隙水壓力的函數(shù)關(guān)系：

(4)

式中參數(shù)含義同上，其中sr為殘余飽和度.

數(shù)值計(jì)算中，降雨邊界條件分為流量邊界和壓力邊界2類.當(dāng)降雨強(qiáng)度小于路堤土體的入滲能力時(shí)，計(jì)算入滲速率取為降雨強(qiáng)度，即流量邊界條件；當(dāng)降雨強(qiáng)度大于路堤土體的入滲能力時(shí)，入滲強(qiáng)度為土體的入滲能力，即壓力邊界條件.

2 工程概況和數(shù)值建模

2.1 工程概況

選取西部某高速公路典型拓寬路堤斷面，舊路堤頂面寬26 m，高8 m，采用對(duì)稱拓寬的方法，2邊各拓寬8 m，路堤邊坡坡度比保持1∶1.5不變.根據(jù)規(guī)范[13]，路堤拓寬時(shí)，應(yīng)在既有路堤坡面開(kāi)挖寬度不小于1 m臺(tái)階.該路堤拓寬工程開(kāi)挖臺(tái)階尺寸為1.5 m×1.0 m(寬×高)，隨拓寬部分路堤的填筑，自下而上逐級(jí)開(kāi)挖臺(tái)階.對(duì)于加筋工況，土工格柵自臺(tái)階處開(kāi)始鋪設(shè)，第一層格柵位于路堤底面處，自下而上共鋪設(shè)3層，層間距3 m.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘察報(bào)告和土工實(shí)驗(yàn)結(jié)果，路堤填土計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1.

表1 路堤填土計(jì)算參數(shù)

2.2 數(shù)值建模及邊界條件

采用有限差分軟件FLAC3D建立數(shù)值模型，根據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，選取半幅路基進(jìn)行分析，路基橫向計(jì)算寬度50 m，縱向計(jì)算寬度1.0 m.為方便對(duì)各時(shí)間點(diǎn)的孔隙水壓力和飽和度進(jìn)行觀測(cè)，在路堤表面設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)1，2，3，4，地表及邊坡以下1 m處設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)A，B，C.土工格柵采用FLAC3D內(nèi)置土工格柵單元(geogrid)模擬，其余部分均采用實(shí)體單元，屈服準(zhǔn)則采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則.地下水位距地表14 m，模型尺寸與邊界條件如圖1所示.

圖1 模型尺寸與邊界條件Fig.1 Dimension and boundary conditions of the model

非飽和滲流計(jì)算還需定義模型的水力邊界條件，取路面、邊坡表面和地表為雨水入滲邊界.降雨入滲是一個(gè)變化的過(guò)程，降雨初期地表入滲率大于降雨強(qiáng)度，屬于無(wú)壓入滲，隨著入滲的進(jìn)行，入滲率不斷降低，當(dāng)小于降雨強(qiáng)度時(shí)，開(kāi)始形成地表徑流.為模擬實(shí)際工況，F(xiàn)LAC3D計(jì)算中，雨水入滲邊界在降雨初期設(shè)為流量邊界，并實(shí)時(shí)檢測(cè)地表孔隙水壓力，當(dāng)孔隙水壓力為正時(shí)，將雨水入滲邊界轉(zhuǎn)化為壓力邊界，即地表孔隙水壓力設(shè)為0.在模型兩側(cè)，地下水位以下采用定水頭邊界，地下水位以上采用零流量邊界，模型底部按不透水邊界處理.滲透系數(shù)采用Van Genuchten提出的方程進(jìn)行計(jì)算，滲透系數(shù)隨基質(zhì)吸力的變化如圖2所示，建模參數(shù)見(jiàn)表 1,對(duì)于加筋工況,土工格柵參數(shù)見(jiàn)表 2.

圖2 滲透系數(shù)與負(fù)孔隙水壓力關(guān)系曲線(V-G曲線)Fig.2 Relation between the coefficient of permeability and the negative pore water pressure

彈性模量/MPa黏聚力/kPa黏結(jié)摩擦角/(°)8630.7212.96

考慮新舊路堤的實(shí)際建造過(guò)程，數(shù)值模擬分為以下幾部分：①在舊路堤上施加等效靜荷載至路堤頂面沉降穩(wěn)定；②分層填筑路堤拓寬部分，每層填筑高度1 m，分不加筋和加筋2種工況；③進(jìn)行降雨滲流模擬，西部地區(qū)降雨主要集中在夏季，且多為大暴雨，因此本文取降雨強(qiáng)度480 mm/d，連續(xù)降雨3 d；④采用強(qiáng)度折減法進(jìn)行降雨入滲條件下路堤邊坡穩(wěn)定分析.

3 滲流計(jì)算結(jié)果分析

3.1 降雨入滲對(duì)孔隙水壓力的影響

圖3所示為降雨過(guò)程中孔隙水壓力隨時(shí)間變化等值線圖.降雨前的負(fù)孔隙水壓力分布均勻，基質(zhì)吸力較大，降雨入滲使孔隙水壓力發(fā)生較大變化，影響范圍由表向里擴(kuò)散；隨降雨時(shí)間增加，地表基質(zhì)吸力減小，降雨歷時(shí)2 d時(shí)，地表附近孔隙水壓力由負(fù)轉(zhuǎn)正，但接近于零，此時(shí)地表入滲能力小于降雨強(qiáng)度，地表形成徑流，地表附近深度形成暫態(tài)飽和區(qū)，同時(shí)路堤內(nèi)部土體基質(zhì)吸力也在減小，路堤頂部及邊坡的入滲深度約為3.5 m.

圖4所示為不同降雨時(shí)期的飽和度，其中降雨前路堤表面飽和度為0.64.隨降雨歷時(shí)增加，飽和度迅速增加，邊坡最先形成暫態(tài)飽和區(qū).邊坡坡腳處受坡腳平臺(tái)降雨入滲和邊坡路堤土體中孔隙水的補(bǔ)給影響，坡腳處飽和度上升速度也較快.圖3中孔隙水壓力為0的等值線與圖4中飽和度為1的等值線對(duì)應(yīng).由于地下水位很低，且降雨強(qiáng)度及降雨歷時(shí)較小，使得暫態(tài)飽和區(qū)很難延伸到路堤較深處，地下水位上升不明顯.

(a)降雨前 (b)降雨1 d (c)降雨3 d圖3 孔隙水壓力分布圖(單位：Pa)Fig.3 Contours of distribution of pore water pressure(unit: Pa)

(a)降雨前 (b)降雨1 d (c)降雨3 d圖4 飽和度分布圖Fig.4 Contours of degree of saturation

圖5和圖6分別為降雨時(shí)拓寬路堤表面和內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)的孔隙水壓力和飽和度隨時(shí)間的變化.降雨初期，基質(zhì)吸力迅速減小，監(jiān)測(cè)點(diǎn)3(拓寬路堤邊坡)負(fù)孔隙水壓力減小速率最快，路堤內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)A，B和C負(fù)孔隙水壓力減小緩慢，因?yàn)橛晁疂B入路堤中需要時(shí)間.降雨24 h后，路堤表面達(dá)到飽和狀態(tài)，孔隙水壓力逐漸趨近于0，相應(yīng)的飽和度增大到1.監(jiān)測(cè)點(diǎn)2,3,B和C(拓寬路堤)在降雨條件下孔隙水壓力及飽和度的變化速率比舊路堤快，這是因?yàn)樾侣返烫盍系目紫堵屎蜐B透系數(shù)比舊路堤大，降雨入滲能力大于舊路堤.

圖5 孔隙水壓力隨降雨歷時(shí)變化規(guī)律Fig.5 Variation of pore water pressure with rainfall duration

圖6 飽和度隨降雨歷時(shí)變化規(guī)律Fig.6 Variation of degree of saturation with rainfall duration

3.2 降雨入滲對(duì)拓寬路堤穩(wěn)定性的影響

降雨入滲中負(fù)孔隙水壓力減小是誘發(fā)路堤產(chǎn)生滑坡的主要因素，特別是對(duì)于拓寬路堤，新舊路堤填土參數(shù)不同，對(duì)新路堤邊坡的穩(wěn)定性影響較大.基于上述分析，采用考慮基質(zhì)吸力的強(qiáng)度折減法對(duì)降雨條件下的拓寬路堤穩(wěn)定性進(jìn)行分析.

3.2.1 格柵加筋的影響

表3為格柵加筋和無(wú)筋2種工況下拓寬路堤安全系數(shù)隨降雨時(shí)間的變化.降雨前無(wú)筋拓寬路堤的安全系數(shù)為2.565，降雨72 h后，安全系數(shù)降低到2.377，降幅為7.3%，表明降雨對(duì)拓寬路堤的穩(wěn)定性影響較大.分析原因：降雨入滲引起路堤填土含水量增加，基質(zhì)吸力降低并在土體接近飽和時(shí)消失，而基質(zhì)吸力是非飽和土抗剪強(qiáng)度的重要組成部分，因此路堤填土抗剪強(qiáng)度降低，從而引起邊坡失穩(wěn).

對(duì)于無(wú)筋拓寬路堤，降雨24 h后安全系數(shù)減小為2.554，降幅為2%；降雨48 h后安全系數(shù)進(jìn)一步減小為2.453，降幅為2.3%；降雨72 h后安全系數(shù)繼續(xù)減小至2.377，降幅為3.2%.與此類似，對(duì)于加筋拓寬路堤，對(duì)應(yīng)于降雨24 h，48 h和72 h，安全系數(shù)降幅分別為1.7%，1.8%和2.3%.上述分析表明，在降雨過(guò)程中，降雨歷時(shí)相同時(shí)，無(wú)筋工況的安全系數(shù)降幅隨時(shí)間增加而快速增大，而加筋工況下安全系數(shù)降幅增大速率較小，表明在拓寬路堤中加筋可以有效提高降雨條件下的邊坡穩(wěn)定性.分析原因：土工格柵具有較高的抗拉強(qiáng)度和較低的延伸率，降雨過(guò)程中，路堤填土和土工格柵之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，而土工格柵可以約束路堤填土的側(cè)向變形，從而提高新、舊路堤的穩(wěn)定性.

表3 安全系數(shù)隨降雨歷時(shí)變化

圖7所示為降雨72 h時(shí)無(wú)筋與加筋2種工況的拓寬路堤剪切應(yīng)變?cè)茍D.無(wú)筋工況安全系數(shù)比加筋工況安全系數(shù)小9%，顯然無(wú)筋工況塑性貫通區(qū)比加筋工況大(潛在滑動(dòng)面),且貫通路堤頂及邊坡坡腳.

(a)加筋工況

(b)無(wú)筋工況圖7 降雨72 h剪切應(yīng)變?cè)茍DFig.7 Contour of shear strain under rainfall of 72 hours

3.2.2 新路堤滲透系數(shù)的影響

實(shí)際工程中，新路堤填料的選擇至關(guān)重要，填料選取不當(dāng)，可能會(huì)造成在降雨條件下邊坡失穩(wěn).通過(guò)改變新路堤滲透系數(shù)，研究降雨條件下新路堤滲透系數(shù)對(duì)拓寬路堤穩(wěn)定性的影響.新路堤滲透系數(shù)分別為4×10-4cm/s，4×10-5cm/s和4×10-6cm/s，圖8所示為降雨48 h時(shí)3種滲透系數(shù)工況下孔隙水壓力分布圖.相同降雨歷時(shí)下，孔隙水壓力的分布差別較大，滲透系數(shù)越大，雨水越容易進(jìn)入路堤邊坡內(nèi)部，使基質(zhì)吸力減小，并接近飽和狀態(tài)，形成暫態(tài)飽和區(qū)，相應(yīng)的安全系數(shù)也降低.

(a)滲透系數(shù)為4×10-4 (b)滲透系數(shù)為4×10-5 (c)滲透系數(shù)為4×10-6圖8 滲透系數(shù)對(duì)孔隙水壓力分布的影響(t = 48 h)Fig.8 Effect of coefficients of permeability on the distribution of pore water pressure (t = 48 h)

圖9所示為3種工況的安全系數(shù)隨降雨歷時(shí)的變化關(guān)系.滲透系數(shù)越大，相同降雨歷時(shí)下安全系數(shù)越小，滲透系數(shù)為4×10-4cm/s時(shí)穩(wěn)定性最差，但在降雨過(guò)程中安全系數(shù)減小速率較小，說(shuō)明入滲能力相對(duì)較強(qiáng)的土體，安全系數(shù)降低速度取決于降雨強(qiáng)度大小和持續(xù)時(shí)間.而滲透系數(shù)較小，未降雨前穩(wěn)定性較好，因?yàn)橥活愅翂簩?shí)度越高，滲透系數(shù)越小，越有利于路堤穩(wěn)定性.因此，路堤土體的滲透性對(duì)邊坡的穩(wěn)定性至關(guān)重要.滲透系數(shù)是綜合反映土體滲透能力的一個(gè)指標(biāo)，影響土體滲透系數(shù)的因素很多，壓實(shí)度是主要因素之一，因此，在實(shí)際工程中，新路堤應(yīng)分層填筑，均勻壓實(shí)，壓實(shí)度應(yīng)不小于90%.為了減少雨水對(duì)新路堤填土邊坡的入浸，可采取種植被等降低地表入滲能力的防護(hù)措施，從而提高拓寬路堤的穩(wěn)定性.

圖9 不同滲透系數(shù)時(shí)安全系數(shù)隨降雨歷時(shí)的變化Fig.9 Variation of safety factors with rainfall duration under different coefficients of permeability

4 結(jié) 論

1)基于非飽和滲流理論，結(jié)合有限差分軟件FLAC3D滲流分析模塊，采用內(nèi)置FISH語(yǔ)言自編程序，可對(duì)降雨條件下拓寬路堤邊坡的非飽和-飽和滲流進(jìn)行模擬.

2)降雨初期路堤填土基質(zhì)吸力迅速減小，隨降雨歷時(shí)增加，地表附近形成暫態(tài)飽和區(qū)，孔隙水壓力趨近于0.

3)考慮降雨入滲的影響時(shí)，基質(zhì)吸力降低使拓寬路堤土體軟化，抗剪強(qiáng)度大幅降低，安全系數(shù)明顯減小.土工格柵加筋可以有效減小降雨入滲對(duì)拓寬路堤穩(wěn)定性的影響.

4)路堤填土滲透系數(shù)對(duì)路堤邊坡穩(wěn)定性影響較大，實(shí)際工程中應(yīng)保證新路堤填土的壓實(shí)度并采取邊坡防護(hù)措施以減小雨水入滲的影響.

[1] 孫廣忠. 中國(guó)典型滑坡[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1998: 13-115.

SUN Guangzhong. Typical landslides in China[M]. Beijing: Science Press, 1998: 13-115. (In Chinese)

[2] 蘇永華, 羅正東, 常偉濤. 基于模擬試驗(yàn)的加筋切填路基變形影響因素敏感性分析[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2011, 38(3):12-15.

SU Yonghua, LUO Zhengdong, CHANG Weitao. Sensitivity analysis of the reinforced cut and fill subgrade distortion factors based on simulation test[J]. Journal of Hunan University: Natural Sciences, 2011, 38(3):12-15.(In Chinese)

[3] 鄒維列. 非飽和路堤對(duì)加載和降雨入滲響應(yīng)的模型試驗(yàn)研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2009, 31(10): 1512-1519.

ZOU Weilie. Model tests on responses of unsaturated road-embankments to loading and rainfall infiltration[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2009, 31(10): 1512-1519.(In Chinese)

[4] 言志信. 降雨入滲條件下非飽和土邊坡穩(wěn)定性數(shù)值分析[J]. 鐵道建筑, 2013(7): 83-85.

YAN Zhixin. Numerical analysis of rainfall infiltration on stability of unsaturated soil slope under seepage condition[J]. Railway Engineering, 2013(7): 83-85. (In Chinese)

[5] RAHIMI A, RAHARDJO H, LEONG E C. Effect of hydr-aulic properties of soil on rainfall-induced slope failure[J]. Engineering Geology, 2010, 114(3): 135-143.

[6] 王協(xié)群, 張有祥, 鄒維列, 等. 降雨入滲條件下非飽和路堤變形與邊坡的穩(wěn)定數(shù)值模擬[J]. 巖土力學(xué), 2010, 31(11): 3640-3644.

WANG Xiequn, ZHANG Youxiang, ZOU Weilie,etal. Numerical simulation for unsaturated road-embankment deformation and slope stability under rainfall infiltration[J]. Rock and Soil Mechanics, 2010, 31(11):1640-3644. (In Chinese)

[7] 武彩萍. 人工降雨條件下黃土邊坡的室內(nèi)模型試驗(yàn)研究[D]. 西安: 西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院, 2013: 29-54.

WU Caiping. Indoor model test research on loess slope under artificial rainfall conditions[D]. Xi’an: College of Water Resources and Architectural Engineering, Northwest A & F University, 2013: 29-54. (In Chinese)

[8] 蔣中明, 熊小虎. 基于FLAC3D平臺(tái)的邊坡非飽和降雨入滲分析[J]. 巖土力學(xué), 2014, 35(3): 854-861．

JIANG Zhongming, XIONG Xiaohu. Unsaturated seepage analysis of slope under rainfall condition based on FLAC3D[J]. Rock and Soil Mechanics, 2014, 35(3): 854-861.(In Chinese)

[9] 劉小平 , 趙明華. 降雨對(duì)非飽和土路基含水量的影響分析[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2008, 35(8): 9-13.

LIU Xiaoping, ZHAO Minghua. Analysis of the seepage of unsaturated roadbed with rainfall effect[J]. Journal of Hunan University: Natural Sciences, 2008, 35(8): 9-13. (In Chinese)

[10]張社榮. 強(qiáng)降雨特性對(duì)飽和-非飽和邊坡失穩(wěn)破壞的影響[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2014, 33(S2): 4102-4112.

ZHANG Sherong. Influence of heavy rainfall characteristics on saturated-unsaturated slope failure[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2014, 33(S2): 4102-4112.(In Chinese)

[11]Itasca Consulting Group, Inc. Online manual of FLAC3Dfast Lagrangian analysis of continua in 3 dimensions[M]. Version 3.0. Minneapolis: Itasca Inc, 2003: 11-18.

[12]VAN GENUCHTEN M T. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 1980, 44(5): 892-898.

[13]JTG D30—2015 公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京: 人民交通出版社, 2015: 54-55.

JTG D30—2015 Specifications for design of highway subgrades[S]. Beijing: China Communications Press, 2015: 54-55. (In Chinese)

Numerical Analysis of the Stability of Widened Embankmentunder Rainfall Conditions

ZHENG Junjie1，2?，YU Huan2，GUO Zhenshan1，CAO Wenzhao2

(1. Key Laboratory of Highway Construction and Maintenance Technology in Loess Region，Taiyuan 030006，China；2.School of Civil Engineering and Mechanics，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China)

The simulation of saturated and unsaturated seepage under rainfall conditions was carried out by self-programming system using the built-in FISH language based on the seepage module of finite difference software FLAC3Dand the unsaturated seepage theory.The pore water pressure and degree of saturation of the widened embankment under rainfall conditions were analyzed.The effects of geogrid reinforcement and permeability coefficient on the stability of the widened embankment were also investigated.The results show that the soil matric suction decreases rapidly and the slope reaches to saturated state and forms the transient saturated zone firstly.The safety factor of the widened embankment decreases obviously,considering the effect of rainfall infiltration.The geogrid reinforcement reduces the effect of rainfall infiltration on the stability of the widened embankment.Meanwhile,the permeability coefficient of the newly constructed embankment has large effect on the stability of the widened embankment under rainfall conditions.In practical engineering,the degree of compaction of the embankment fill should be guaranteed and the measures of slope protection should be taken to reduce the effect of the rainfall infiltration.

widened embankment;numerical simulation;rainfall infiltration;pore water pressure;stability

1674-2974(2017)07-0150-06

10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2017.07.019

2016-04-28

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51278216), National Natural Science Foundation of China(51278216); 黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題(KLTLR-Y14-2)，Open Fund of Key Laboratory of Highway Construction and Maintenance Technology in Loess Region(KLTLR-Y14-2)

鄭俊杰(1967—)，男，湖北武漢人，華中科技大學(xué)教授，博士?通訊聯(lián)系人，E-mail: zhengjj@hust.edu.cn

U416

A