长安大学陕西西安710064
摘要：降雨是造成滑坡的一个重要外部因素，降雨会引起土体含水量的改变，进而引起土体的自重的改变，增大滑动土体的下滑力，同时降雨会软化岩土体，润滑滑动面，降低坡体、滑动面的抗剪强度，最终诱发滑坡的出现。本文介绍当前边坡入渗的研究现状，分别从理论、模型试验及数值计算的角度介绍。
关键词：降雨入渗；基质吸力；模型试验、数值模拟
0引言
边坡的稳定性是由所处的环境决定的，包括地质环境和外部环境，这些环境发生改变，边坡的稳定也会随之变化，一定时期一定区域内的地质环境较为稳定，所以边坡失稳主要是外部环境的变化导致的，降雨是外部环境中最为常见的诱因。降雨会引起土体含水量的改变，进而引起土体的自重的改变，增大滑动土体的下滑力，同时降雨会软化岩土体，润滑滑动面，降低滑动面的抗剪强度，最终诱发滑坡的出现；降雨增加坡体含水率，抗剪强度也会受其影响而改变对于多层介质的边坡，渗流过程中，穿过不同介质，会发生“渗流折射”，渗流力也会随之改变。
1理论研究
残积土覆盖地区，由降雨引起的边坡破坏是一个常见的问题。土在不饱和条件下，地下水位位于地表以下。降雨入渗导致土体增加，基质吸力降低，从而降低土体的剪切强度，进而打破边坡原有的平衡。残积土的自然形成导致了水的传导率的变化，而离地表较近的土壤通常具有较低的渗透性。这种情况导致了界面上的毛细管屏障效应的产生。水在界面上聚集，在它设法渗透到更深的层之前，在一定的距离下流动。Chai采用参数研究，研究了土壤的水力传导性、层厚度、边坡倾角和渗透速率等几个变量的影响。结果表明，该工程的导流长度与两土层的渗透性和边坡倾角的差异呈线性相关。降雨渗透的影响取决于上层的饱和渗透率[1]。
李延涛等对不同工况下的饱和—非饱和土边坡渗流场模拟计算，得出：降雨强度和降雨时间是否连续，边坡的基质吸力就会有不同的表现，对边坡的稳定性也会有不同程度的影响[3]。在强降雨条件下，H.Rahardjo设计了一种陡坡角残积土边坡的毛管屏障系统。利用细砂作为细粒度层和花岗岩晶片作为粗粒层，采用细砂层结构。这两层都被包含在土工格室中；利用张力计对毛细管屏障系统的性能和有效性进行了检测，并对其进行了研究，结果表明，在降雨过程中，特别是在斜坡的顶部，毛管屏障系统有效地维持了负孔隙水压力[2]。
2模型试验
魏宁等采用蒸发—降雨模型对边坡进行非饱和—非稳定渗流分析，用表示的Bishop极限平衡法计算，得出：土体中孔隙水压力和改变总是滞后于天气条件变化；降雨和蒸发对坡体表层稳定有较大影响，对深层的稳定性影响相对较小，降雨过程中边坡的临界滑动面会上移，而蒸发过程则相反[4]。文光菊等从水分迁移的角度出发，结合有限元法，研究了不同降雨强度作用下边坡内部的水分迁移状况，研究发现：降雨作用下，边坡内部孔隙水压力呈层状分布，边坡中的水分主要沿垂直和倾斜方向迁移，迁移速度由表层向深部逐渐减小，迁移方向受深度和时间的影响，体积含水率呈非线性分布[5]。TuXB等基于对黄土边坡的降雨模型实验研究，得到了边坡安全系数与降雨强度、持时、之间的关系表达式[6]。Rulon研究分析了成层边坡的水位分布及孔隙压力分布情况，利用有限单元模型模拟二维饱和—不饱和、恒流的分层边坡，结果表明，成层边坡具有多个渗流面、上层滞水面和楔状不饱和区，孔压分布和渗流面的分布，依赖于各层的位置和其水力特性，基于均匀、饱和分析的孔隙压力场的预测在应用于成层边坡上的问题时，可能会有很大的误差[7]。
3数值计算
唐晓松，郑颖人等基于有限元强度折减法，利用PLAXIS对渗流作用下的边坡稳定性进行分析，并用ADINA和GEO-SLOPE程序进行了验算[8]。D.V.Griffiths依据强度折减法，采用自编程序，根据具体边坡计算得到的边坡安全系数，和传统方法计算得到的安全系数基本一致[9]。汪自力，朱明霞等为可以直接连续进行渗流作用下边坡稳定分析，采用土体单元所受的渗透力代替其周边的孔隙水压力，并采用数学规划中的单纯形法自动寻找最小安全系数，为考虑降雨等引起的饱和—非饱和不稳定渗流作用下的边坡稳定问题的分析提供了实用的工具[10]。L.Z.Wu等基于有效应力的原理，考虑了非饱和多孔介质的变形，以及在降雨过程中应力状态的变化，建立了分层不饱和多孔介质耦合渗流和变形的一维模型；在FlexPDE中编写了一个有限元程序，分析了降雨渗入到两层不饱和多孔介质中的水力学耦合过程，以一种简单的无穷边坡分析为基础，讨论了湿面深度的安全系数。数值计算结果表明，渗流与变形的耦合对润湿前的运动、孔隙水压力的分布和边坡稳定性具有重要的作用。在分析降雨渗透入分层非饱和多孔介质时，应考虑渗流与变形耦合，特别是短时间强降雨和高初始吸力的组合[11]。
4结语
降雨入渗是一个复杂的问题，涉及到流体力学、非饱和土力学以及土壤学等学科，降雨入渗不能仅仅通过一个方式确定，在实际的工程中，要在理论分析的基础上，通过详细的勘查，在模型试验和数值计算的基础上来确定。
参考文献：
[1].ChaiEPS.CapillaryBarrierEffectontheResponseofResidualSlopetoRainfallInfiltration[D].UniversitiTeknologiMalaysia,2008.
[2].RahardjoH,SantosoVA,LeongEC,etal.Performanceofaninstrumentedslopecoveredbyacapillarybarriersystem[J].JournalofGeotechnicalandGeoenvironmentalEngineering,2011,138(4):481-490.
[3].李延涛,宗金辉,王成华,潘丽雅,李福成.降雨条件下饱和-非饱和土边坡渗流场分析[J].河北农业大学学报,2014,37(03):94-100.
[4].魏宁,茜平一,傅旭东.降雨和蒸发对土质边坡稳定性的影响[J].岩土力学,2006,(05):778-781+786.
[5].文光菊,邓文杰,廖培伟.降雨作用下土质边坡水分迁移特征研究[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2013,32(01):63-67+74.
[6].TuXB，KwongAKL,DaiFC．etal．Fieldmonitoringofrainfallinfiltrationinaloessslopeandanalysisoffailuremechanismofrain-fall-inducedlandslides［J］．EngineeringGeology,2009，105(1/2):134-150．
[7].RulonJJ,FreezeRA.Multipleseepagefacesonlayeredslopesandtheirimplicationsforslope-stabilityanalysis[J].CanadianGeotechnicalJournal,1985,22(3):347-356.
[8].唐晓松,郑颖人,邬爱清,林成功.应用PLAXIS有限元程序进行渗流作用下的边坡稳定性分析[J].长江科学院院报,2006,(04):13-16.
[9].GRIFFITHS,DV,LANE,PA.SlopeStabilityAnalysisbyFiniteElements.[J].Geotechnique,1999,49(3):387—403.
[10].汪自力,朱明霞,高青伟,岳瑜素.饱和-非饱和渗流作用下边坡稳定分析的混合法[J].郑州大学学报(工学版),2002,(01):25-27+38.
[11].WuLZ,LiuGG,WangLC,etal.Numericalanalysisof1Dcoupledinfiltrationanddeformationinlayeredunsaturatedporousmedium[J].EnvironmentalEarthSciences,2016,75(9):761.