降雨入渗条件下高液限黏土路堑边坡稳定性动态演化规律

引言

高液限黏土路堑边坡是交通工程中常见的土质边坡类型，其稳定性直接影响着道路的安全性与施工质量。降雨入渗是导致路堑边坡失稳的重要因素之一，尤其在连续降水或者暴雨期间，土体的水文特性和力学性质发生变化，从而影响边坡的稳定性。传统的边坡稳定性分析方法大多忽视了降雨入渗对边坡稳定性动态变化的影响，导致对边坡稳定性评估的准确性较低。因此，探索降雨入渗条件下高液限黏土路堑边坡的稳定性演化规律，对工程实践具有重要的理论与现实意义。

一、降雨入渗对高液限黏土边坡稳定性的影响

1. 降雨入渗的水文过程分析

高液限黏土具有较低的渗透性，在降雨条件下，水分入渗的速度较慢。降雨量、持续时间和土壤结构是影响水文过程的关键因素。根据北京某地的实验数据，降雨后，表层的水分首先被土壤吸收，逐渐向下渗透。随着时间的推移，水分会逐渐达到土体深层。采用HYDRUS 软件对该地区的土体进行水分迁移模拟。模拟结果显示，降雨持续时间越长，渗透深度越大，尤其是在降雨强度较大的情况下，水分在高液限黏土中的渗透效果更加显著。土体的吸水率和水分保持能力直接影响入渗的深度和速度。当降雨量超过一定阈值，渗透过程中会出现积水现象，这对边坡稳定性构成潜在威胁。

2.土体水分变化对边坡力学性质的影响

降雨入渗使土体的含水量增加，进而改变土体的力学性质。根据长春市的相关研究，土体含水量的增加导致其黏聚力降低，摩擦角减小。使用F 数 值模拟， 模拟结果显示，在降雨入渗过程中，随着含水量的逐步增加，土体的强度下 化对其工程力学性能具有显著影响，尤其在软弱土层中，水分的积聚导致 度 、年 到 定含水量后，会表现出明显的塑性流变特性，进而可能引起边坡失稳。实验表明，随着土体含水量的增加，土体的孔隙水压力也随之升高，导致有效应力降低，进一步削弱了边坡的稳定性。

3.降雨入渗对边坡稳定性的影响机理

降雨入渗后，土体内的孔隙水压力会发生变化， 直接影响边坡稳定性。 通过对某铁路边坡的实地监测，发现降雨期间土体的孔隙水压力显著 隙水压力上升使得土体的有效应力减少，进而降低了边坡的稳定性。 ，边坡的滑动面发生了变化。数值分析显示，降雨使得边坡 破坏模式。这一变化是由于水分的渗入导致边坡土体的强度降低 降雨持续，边坡发生了明显的位移和变形，最终导致了边坡失稳的发生。 因此 降雨入渗在 边坡的稳定性问题中起到了关键作用。

二、高液限黏土路堑边坡稳定性的动态演化规律

1.边坡稳定性分析模型的建立

高液限黏土边坡的稳定性分析需要考虑多种因素，如土体的力学性质、降雨入渗以及水分变化对边坡稳定性的影响。为此，采用有限元分析法建立了高液限黏土边坡稳定性分析模型。该模型结合了土体的非线性弹塑性特性与降雨入渗的水文过程。使用PLAXIS 2D 对边坡进行模拟，模拟结果显示，降雨入渗对边坡稳定性的影响不仅表现在水分增加所引起的黏聚力降低，还表现为孔隙水压力的显著变化。在该模型中，考虑了不同降雨强度和持续时间对土体水分分布的影响，进一步揭示了高液限黏土边坡在降雨条件下的稳定性动态演化规律。

2.不同降雨强度下边坡稳定性的动态演化

通过对不同降雨强度下的边坡进行模拟，发现降雨强度对边坡稳定性的影响尤为显著。在模拟过程中，降雨强度越大，土体水分的渗透速度越快，孔隙水压力的积累也更加明显。例如，在一项实验中，采用FLAC3D对某高液限黏土边坡进行数值模拟，模拟了两种不同降雨强度（中等强度和强降雨）下的边坡稳定性。结果表明，中等强度的降雨仅引起轻微的土体变形，而强降雨则导致了土体的明显位移，甚至在边坡顶部形成了滑移面。这一现象表明，降雨强度是决定边坡稳定性的关键因素，强降雨条件下，边坡的失稳风险大幅上升。

3.边坡失稳模式与变形分析

在高液限黏土路堑边坡的稳定性研究中，失稳模式和变形是两个重要的分析指标。在模拟过程中，降雨的入渗使得土体的强度和刚度发生变化，进而影响边坡的变形和失稳模式。在某铁路工程的案例中，针对强降雨的边坡，采用了 DIPS 软件进行稳定性分析，发现边坡的失稳模式由原本的滑动型转变为剪切破坏型。在此过程中，土体的水分含量增加，导致土体内的有效应力减小，进而促进了滑动面的形成。通过该案例的分析，发现降雨入渗导致的孔隙水压力的变化在边坡失稳中起到了决定性作用，而这种变化在强降雨条件下尤为明显。

结论

降雨入渗对高液限黏土路堑边坡的稳定性具有显著影响。随着降雨强度和持续时间的增加，土体的水分含量逐步上升，导致黏聚力和摩擦角等力学参数的下降，进一步降低了边坡的稳定性。降雨入渗过程中的孔隙水压力变化是导致边坡失稳的关键因素，尤其在强降雨条件下，孔隙水压力的积累显著影响土体的有效应力，使得边坡更加容易发生滑动或破坏。通过数值模拟与实际案例分析，研究表明，边坡的失稳模式在降雨入渗过程中呈现出明显的动态变化，强降雨条件下，滑动面和变形表现更加突出。

参考文献

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