含水量对黄土边坡稳定性的影响

2015年3月天水师范学院学报Mar.,2015 Vo1.35 No.2 第35卷第2期Joumal of Ti~nshui NOfIl1.~l_ University 含水量对黄土边坡稳定性的影响郭亚兵(天水师范学院机电与汽车工程学院，甘肃天水741001)摘要:通过分析粘聚力和内摩擦角对黄土边坡稳定性的影响，利用含水量与粘聚力和内摩擦角之间的关系，采用FLAC3D数值计算方法，模拟计算出不同粘聚力和内摩擦角值时边坡的安全系数，研究含水量对黄土边坡稳定性的影响。计算结果表明:随着含水量的增加，粘聚力值不断减小;内摩擦角也随着含水量的增加而降低。由计算结果可知，随着含水量的增加，边坡的安全系数逐渐降低，即其稳定性也随之降低。关键词:边坡稳定;强度折减法;含水量;安全系数;相关系数中图分类号:P642.22 文献标识码:A文章编号:1671-1351 (2015) 02-0078-03 黄土是距今约200万年的第四纪时期形成的特殊沉积物，是呈黄色或褐黄色的粉粒土，多形成于气候干燥且降雨量少而蒸发量大的干旱、半干旱地低或者其剪应力值达到土体抗剪强度值而产生的失稳现象。而黄土的抗剪强度除与土的颗粒组成、矿物成分、粘粒和可溶盐含量等有关外，主要取决于其含水量和密实程度。(1]所以，要研究不同含水量对坡体稳定性的影响，必先从含水量对抗剪强度的影响入手。区，中国西北地区的黄土高原及华北平原和东北的南部大量分布着黄土。由于其特殊的形成条件，使得黄土具有独特的物理、化学、力学特性，如孔隙较大、结构疏松，垂直节理发育、易冲刷、易腐蚀等，但其最大的工程特点是:具有天然含水量而未遇水浸湿的黄土较坚硬，一般强度较高、压缩性较2含水量对黄土抗剪强度的影晌对于任何土体，其抗剪强度Tf都与土体本身的粘聚力c和内摩擦角φ有关，即摩尔定律:Tf=C+σtgφ(1) 小，而一旦遇水，则表现出结构疏松、稳定性差等特点，多发生边坡失稳现象。因此，对于黄土边坡而言，其稳定性就与土体含水量有着很大的关系。研究黄土边坡稳定与含水量之间定量关系的方而c、φ却与土体含水量有着直接相关的关系，随着含水量的变化，C 、命也在发生变化。这是由于法很多，有极限平衡法、有限单元法、F且LAC等。3D本文采用F且LAC为实例，分析含水量对黄土边坡稳定性的影响程度，以更好地应用于工程实际。含水量的变化会导致天然含水量状态下土体中固体颗粒间的固化联结链被破坏，即随着含水量的增加，粘聚力和内摩擦角也会随之降低，从而导致土体的抗剪强度降低。1边坡稳定性的影晌因素影响边坡稳定性的因素很多，如黄土本身的结2.1含水量对粘聚力c的影响对于天然结构的黄土，其粘聚力会随着含水量的增加而减小，而且当含水量变化范围在10%-构特性、降雨、地震，以及人类工程活动等。在这些影响因素中，降雨是最常见而且较为严重且具有25%之间时，粘聚力对含水量的变化极为敏感，而当含水量大于25%之后粘聚力则变化不大。阿根据党进谦阴等人对黄土的试验成果(见表1)周期性的一种。降雨除了对边坡会产生冲刷作用、增加坡体重量从而加大下滑力之外，还可导致边坡可知，当含水量从8.2%增至25.1%后，粘聚力从本身含水量增加，从而引起边坡失稳。因此，研究不同含水量'情况下边坡的稳定性就显得尤为重要。不管边坡发生怎样的失稳形态，究其根本原因都是由于某种因素的影响导致坡体本身抗剪强度降收稿日期:90kpa降至16kpa，降幅约为82'1毛，绘制含水量与粘聚力关系曲线，如图1所示，从图中可以看出，黄土的粘聚力随含水量的增加而减小，拟合所得含水量与粘聚力之间的关系可以表示为:2014-12-12 作者简介:郭亚兵(1979-)，男，陕西凤翔人，夭水师范学院机电与汽车工程学院讲师。78 表2计算结果内摩擦角也随着含水量的增加而降低，且与粘聚力含水量(%) 8.2 13.1 15 17.1 19 21.1 25.1 有相似的变化范围。而通过F且LAC计算结果可知，含水量对于边坡的稳定性具有较大安全系数1.793 1.363 1.254 1.246 1.160 1.059 0.871 的影响，一般来说，随着含水量的增加，边坡的安相关系数0.9799 全系数逐渐降低，即其稳定性也随之降低，甚至破从计算结果数据可以看出，含水量对边坡安全坏。系数具有较大的影响:随着含水量的增加，边坡安全系数逐渐减小，含水量从8.19毛增至25.1%，而安参考文献:全系数相应的由原来的1.793降至0.871，降幅为[1 ]赵勇，李国良，喻渝.黄土隧道工程[M].北京:中国铁道出版51.4%，即由原来的的稳定状态(1.793>1.0)变为丰士，2011.不稳定状态(0.871<1.0)。可见含水量对于边坡的[2]张少红，康顺祥，李永红.降雨对黄土边坡稳定性的影响口].水土保持通报，2005，25(5):42-44.稳定性影响很大。[3]党进谦，郝月清.含水量对黄土结构强度的影响[J].西北水资源、与水工程，1998，9(2):15-19. 4结论[4]郑彦奎.隧道洞口边坡稳定性研究[D]重庆大学，2008.[5]高志辉有限元边坡稳定参数敏感性分析[D].北京工业大通过试验数据分析计算，可得出含水量与粘聚学，2007.力、内摩擦角之间的定量关系:随着含水量的增[6]孙书伟，等，编著.FLAC3D在岩土工程中的应用[M].北京:加，粘聚力值不断减小，且当含水量变化范围在水利水电出版社，2011.10%-259毛之间时，粘聚力对含水量的变化极为敏感，而含水量大于25%之后的粘聚力则变化不大;〔责任编辑王小凤〕On the Influence of Water Content on Loess Slope Stability Guo Yabing (School ofCivil Engineering，Tiαnshui Normal University,Tianshui Gansu 741001, China) Abstract: By analyzing the influence of cohesive force and intemal friction Angle on the loess slope stability,and us-ing the relationship between the cohesive force and water content or angle of intemal friction and water content, the paper studies the influence of water content on loess slope stability, and analyzes the influence degree of water con-tent to slope based on the calculation of the safety factor of slope with the different values of cohesive force and an-gle of intemal friction by FLAC3D numerical calculation method. Results show that with the increase of water content, the cohesive strength decreases;and with the increase of water content, the angle of intemal friction also decreases. With the increase of water content, the safety factor of slope de-creases, which means that the stability also decreases. Key words: slope stability; shear strength reduction methods ; safety factor; correlation coefficient 80