基于降雨渗流路径和含水率变化的斜坡稳定动态评价方法与流程

本发明属于降雨渗流影响的斜坡或边坡稳定性分析
技术领域：
，具体涉及基于降雨渗流路径和含水率变化的斜坡稳定动态评价方法。
背景技术：
：岩体或土体的斜坡，受河流侵蚀、地下水活动、地震以及人类活动等因素的影响，坡体在重力的作用下沿着一定的剪切滑动面，整体或部分向下滑动的现象称为滑坡。滑坡地质灾害具有难以预测、危害大、治理工程造价高等特点，山体滑坡往往会造成巨大的人员伤亡与财产损失。1963年10月9日，意大利瓦甘水库左岸大坝附近发生了巨型滑坡，山体滑坡不仅损坏了水库，使得水库无法再继续使用，由此产生的浪潮也摧毁了许多下游乡镇，造成1925人遇难；2008年汶川地震造成的山体滑坡造成了无法估量的损失，例如，安县大光包山体滑坡、新北川中学滑坡、文家沟滑坡等滑坡就造成数千人死亡，无法计量的经济损失；2009年6月5日，重庆市武隆的鸡尾山发生方量达700万立方米的滑坡，滑坡形成碎屑流造成74人死亡；2015年12月20日11点40分，深圳市光明新区泰裕工业园形成人工堆土滑坡，造成90余人死亡。基于滑坡的巨大破坏性，因此滑坡的研究一直是工程地质界的重点。路基边坡是公路的重要组成部分，包括挖方路堑边坡和填方路堤边坡。长期以来,路基边坡的综合防护一直是公路建设中的一个普遍但是发展程度又较低的研究课题。80年代中期之前,我国主要进行低等级公路的建设,填方挖方较少,在公路建设方面投资较小,因此路基边坡稳定性方面问题相对较少，人们对路基边坡问题的重视程度也较少，边坡防护工程不能作为道路施工的主要部分，在公路工程施工中经常被忽略。进入90年代之后,我国开始建设许多高质量的公路，遇到了很多高填深挖路基导致的边坡稳定性问题。90年代初期，边坡的保护和加固处理仍主要借鉴了低等级公路的边坡工程技术和地方政府铁道部门的处理经验教训来进行局部处理。由于边坡管理缺乏综合考虑,工程往往涉及各种问题。例如早期建成的沈大高速公路、深汕高速公路等，都在通车后路基边坡发生了滑塌,造成了巨大的经济损失和不良的社会影响。鲅鱼圈以南的长180km的沈大高速公路路段，整个工程防治费的80％都用于边坡治理工程。深汕高速公路不足2km的滑坡路段，滑坡治理费用却高达1亿元。在高等级公路建设中，由于资金不足、技术手段也相对滞后，同时对公路环境保护意识不足，在没有强调公路道路生态保护的情况下，公路沿线地区留下了许多的路基边坡的综合治理问题。因此，现阶段急需要提供基于降雨渗流路径和含水率变化的斜坡稳定动态评价方法来解决上述问题。技术实现要素：本发明目的在于提供基于降雨渗流路径和含水率变化的斜坡稳定动态评价方法及系统，来解决现有技术中存在的技术问题，比如：在高等级公路建设中，由于资金不足、技术手段也相对滞后，同时对公路环境保护意识不足，在没有强调公路道路生态保护的情况下，公路沿线地区留下了许多的路基边坡的综合治理问题。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：基于降雨渗流路径和含水率变化的斜坡稳定动态评价方法，包括以下步骤：s1：对待评价斜坡进行工程地质勘察以获取该斜坡的基本特征，现场采集滑带土，对该滑带土进行物理力学强度试验，并记录相应的物理力学参数；s2：在步骤s1的基础上，利用采集的滑带土作为待评价斜坡模型并对其进行降雨物理模拟，监测该待评价斜坡模型不同位置含水率变化情况和孔隙水压力变化情况，并记录相应的含水率变化情况和孔隙水压力变化情况；s3：基于上述的物理力学参数、含水率变化情况和孔隙水压力变化情况，建立基于降雨渗流路径和含水率变化的斜坡稳定动态分析模型，将待评价斜坡不同阶段的分析结果与现场变形破坏迹象进行对比，从而推测斜坡目前所处的变形破坏阶段并预测下一步可能出现的变形破坏现象。进一步的，在步骤s1中，斜坡的基本特征包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件和不良地质现象。进一步的，根据上述斜坡的基本特征对斜坡变形破坏机理进行工程地质分析，查明变形破坏迹象，分析破坏机理及裂缝形成原因，雨水沿已形成的裂缝流入下渗，软化内层地质机构，并进一步下渗直至裂缝贯通，对于该裂缝贯通的过程进行阶段性划分。进一步的，步骤s1中物理力学强度试验包括天然含水率试验、天然状态直剪试验、塑\液限试验和不同含水率直剪试验。进一步的，步骤s1中物理力学强度试验测得的物理力学参数包括天然含水率，抗剪强度参数：内摩擦角和粘聚力，塑\液限和抗剪强度与垂直压力关系。进一步的，步骤s2中降雨物理模拟的具体步骤为：将采集的滑带土按比例缩小作为待评价斜坡模型，使用喷水装置在一定时间内模拟降雨，具体降雨时间与雨量设计根据模型缩放比例及现场实际情况进行设计。本发明的有益技术效果是：对雨水入渗坡体内部的途径进行研究，推测雨水沿裂缝流入下渗，逐步软化裂缝，促使裂缝发展。且能够通过对渗流路径分段赋值，模拟雨水沿裂缝流入下渗，逐步软化裂缝促使贯通的过程。计算结果更加准确、符合实际，能够弥补传统整体强度折减法计算误差大、难以定量评价、难以预测斜坡变形趋势的缺点。附图说明图1显示为本发明的实施例的步骤流程示意图。图2显示为本发明的实施例的整体技术方案实施流程示意图。图3显示为本发明的实施例的崩坡积体颗分曲线示意图。图4显示为本发明的实施例的填方体土颗分曲线示意图。图5显示为本发明的实施例的天然状态土样τ-p关系曲线示意图。图6显示为本发明的实施例的23％含水率土样τ-p关系曲线示意图。图7显示为本发明的实施例的27％含水率土样τ-p关系曲线示意图。图8显示为本发明的实施例的31％含水率土样τ-p关系曲线示意图。图9显示为本发明的实施例的35％含水率土样τ-p关系曲线示意图。图10显示为本发明的实施例的c值随含水率升高变化情况示意图。图11显示为本发明的实施例的值随含水率升高变化情况示意图。图12显示为本发明的实施例的滑坡模型建立示意图。图13显示为本发明的实施例的滑坡模型建立总体效果示意图。图14显示为本发明的实施例的滑坡模型建立网格示意图。图15显示为本发明的实施例的滑面形成阶段划分示意图。图16显示为本发明的实施例的天然状态竖直方向位移云图。图17显示为本发明的实施例的天然状态最大剪应变增量云图。图18显示为本发明的实施例的天然状态水平方向位移云图。图19显示为本发明的实施例的天然状态边坡安全系数示意图。图20显示为本发明的实施例的降雨下渗-后缘形成裂缝阶段最大剪应变增量云图。图21显示为本发明的实施例的降雨下渗-后缘形成裂缝阶段竖直方向位移云图。图22显示为本发明的实施例的降雨下渗-后缘形成裂缝阶段水平方向位移云图。图23显示为本发明的实施例的降雨下渗-后缘形成裂缝阶段边坡安全系数示意图。图24显示为本发明的实施例的雨水沿裂缝流入下渗-裂缝发展阶段最大剪应变增量云图。图25显示为本发明的实施例的雨水沿裂缝流入下渗-裂缝发展阶段竖直方向位移云图。图26显示为本发明的实施例的雨水沿裂缝流入下渗-裂缝发展阶段水平方向位移云图。图27显示为本发明的实施例的雨水沿裂缝流入下渗-裂缝发展阶段边坡安全系数示意图。图28显示为本发明的实施例的滑面贯通-整体滑动阶段最大剪应变增量云图。图29显示为本发明的实施例的滑面贯通-整体滑动阶段竖直方向位移云图。图30显示为本发明的实施例的滑面贯通-整体滑动阶段水平方向位移云图。图31显示为本发明的实施例的滑面贯通-整体滑动阶段边坡安全系数示意图。具体实施方式下面结合本发明的附图1-31，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例：如图1所示，基于降雨渗流路径和含水率变化的斜坡稳定动态评价方法，包括以下步骤：s1：对待评价斜坡进行工程地质勘察以获取该斜坡的基本特征，现场采集滑带土，对该滑带土进行物理力学强度试验，并记录相应的物理力学参数；s2：在步骤s1的基础上，利用采集的滑带土作为待评价斜坡模型并对其进行降雨物理模拟，监测该待评价斜坡模型不同位置含水率变化情况和孔隙水压力变化情况，并记录相应的含水率变化情况和孔隙水压力变化情况；s3：基于上述的物理力学参数、含水率变化情况和孔隙水压力变化情况，建立基于降雨渗流路径和含水率变化的斜坡稳定动态分析模型，将待评价斜坡不同阶段的分析结果与现场变形破坏迹象进行对比，从而推测斜坡目前所处的变形破坏阶段并预测下一步可能出现的变形破坏现象。进一步的，在步骤s1中，斜坡的基本特征包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件和不良地质现象。进一步的，根据上述斜坡的基本特征对斜坡变形破坏机理进行工程地质分析，查明变形破坏迹象，分析破坏机理及裂缝形成原因，雨水沿已形成的裂缝流入下渗，软化内层地质机构，并进一步下渗直至裂缝贯通，对于该裂缝贯通的过程进行阶段性划分。进一步的，步骤s1中物理力学强度试验包括天然含水率试验、天然状态直剪试验、塑\液限试验和不同含水率直剪试验。进一步的，步骤s1中物理力学强度试验测得的物理力学参数包括天然含水率，抗剪强度参数：内摩擦角和粘聚力，塑\液限和抗剪强度与垂直压力关系。进一步的，步骤s2中降雨物理模拟的具体步骤为：将采集的滑带土按比例缩小作为待评价斜坡模型，使用喷水装置在一定时间内模拟降雨，具体降雨时间与雨量设计根据模型缩放比例及现场实际情况进行设计。通过该方案，对雨水入渗坡体内部的途径进行研究，推测雨水沿裂缝流入下渗，逐步软化裂缝，促使裂缝发展。且能够通过对渗流路径分段赋值，模拟雨水沿裂缝流入下渗，逐步软化裂缝促使贯通的过程。计算结果更加准确、符合实际，能够弥补传统整体强度折减法计算误差大、难以定量评价、难以预测斜坡变形趋势的缺点。山区修建高速公路，路基失稳现象突出。本次举例某高速k29+800-k30+200段拟建一处高速公路收费站，对原斜坡进行填筑，并以挡土墙支护。2014年7月，连续强降雨影响下，路基回填后产生滑坡，总体积约50万方，导致补增支护措施，收费站重新选址。对该滑坡展开研究，滑坡是一个稳定→变形→破坏的逐渐发展的过程，并不是一气呵成的。传统的整体强度折减的方法来研究斜坡稳定性或者灾变过程，误差大，且难以模拟过程，所计算局限于变形前和失稳后，计算结果难以用作定量评价或后续变形预测。我们对现场展开调查，收集滑带土进行不同含水率直剪试验，测得不同含水率滑带土物理力学参数。然后对滑坡的变形破坏机理进行工程地质分析，其重要因素是填方加载，诱发因素是连续降雨，判断滑坡是由后缘形成裂缝，裂缝向前缘发展贯通形成滑坡，并将这个过程分为三个阶段：降雨下渗，后缘形成裂缝→雨水沿裂缝流入下渗，裂缝扩展，中部贯通→滑面贯通，整体滑动。对滑坡进行降雨物理模拟，监测滑面各测点孔隙水压力峰值出现时间，验证工程地质分析的结果。采用flac3d建立滑坡模型，并对滑面单独建模，对滑面的发展进行阶段性划分，不同阶段对滑面分段赋值。如图2所示，在基于降雨渗流路径和含水率变化的斜坡稳定动态评价方法的主体方案下，针对上述案例，具体实施时包括以下内容：(1)对滑坡体进行现场勘察，采集新鲜滑带土进行直剪试验并测量天然含水率。测量天然状态下滑带土c、值。(2)测量滑带土的塑液限，在塑限至液限范围内设置具有梯度的不同含水率滑带土进行直剪试验，测量不同含水率滑带土c、值。(3)对滑带土进行渗透试验，测量滑带土的渗透系数k。(4)结合物理模拟所监测的不同位置孔隙水压力随时间的变化情况确定滑坡滑动面发展阶段。(5)使用flac3d建立滑坡体模型，根据室内试验和勘察数据设置参数。(6)使用flac3d计算不同工况下的滑坡稳点性系数。(7)结合试验数据，使用flac3d对暴雨工况下滑动面发展不同阶段进行动态模拟与动态分析。(8)使用flac3d对滑动面发展不同阶段设置抗滑桩，对滑坡体进行动态控制。(9)计算最合理的设防情况，并给予工程建议。该案例的边坡形态特征：该边坡为典型中山地带的风化与坡地重力地貌，由近水平向的基岩、上覆崩坡积体和填方体构成。在周围断层的作用下，基岩被挤压致破碎，又因为页岩易被风化的性质，后缘陡峭的山体崩塌并在斜坡平台中部堆积形成崩坡积体，崩坡积体横向宽度近600米，纵向长度约330-520米；坡积体平均厚度约28米，体积约6.5万立方米。边坡顶部坡度较陡，约60°；中上部较缓，平均约15°；前缘坡脚地形比中部稍陡，坡度20-35°。根据勘察资料，基覆界线坡度变化非常大，在0-38°内。填方体高程920-950米，体积约24万方。前缘高程为890米左右，后缘高程约940米。边坡纵向延伸与地面坡度基本一致，倾向为198°；滑坡地面高程850.85～1006.52m，相对高差155.67m，主滑方向为170°。斜坡的左右两侧都发育有常年流水的冲沟，使得斜坡两侧形成临空面，其中有基岩出露。斜坡前缘在冲沟的切割作用下，形成明显的倒三角形。该案例的边坡岩土体组成及结构特征：第一、基岩：基岩为志留系下统龙马溪组(s1l)页岩，呈黑色、灰黑色，产状252°∠4°。根据钻孔及勘察资料，尤其是现今抗滑桩施工挖桩孔来看，基岩表面强风化呈泥状，强风化页岩主要由粘性矿物组成，泥质结构，薄层状构造。其强度极地，用手捏即可捏碎。基岩在纵向上呈现圆弧曲线，与地表起伏基本一致。第二、崩坡积层：崩坡积土主要为块碎石土，表面覆盖有粘性的耕植土。通过野外取样及现场试验，并进行室内含水率试验、颗分试验、剪切试验和渗透试验，得出崩坡积层相关参数。通过野外现场试验测得崩坡积层密度为：1.93g/cm3，由含水率试验得到崩坡积体含水率为20.81％。颗分试验结果如下表1及图3所示。表1崩坡积体颗分数据统计表由表1及图3崩坡积体颗分曲线中数据可以看出，崩坡积体组成主要为2-20mm块碎石，占比达63％，大于20mm的仅占近13％，其余小颗粒占24％，主要为土颗粒。此外还对崩坡积层土样进行剪切试验，剪切试验成果见下表2，渗透系数为0.05cm/s。表2崩坡积土体抗剪强度参数第三、人工填土：边坡上的人工填土位于南道高速的路堤段，高程在913-915米，主要为块碎石土，为土黄色、灰黄色砂岩与粉砂岩，以及灰黑色页岩。填方体岩土比为7:3，施工碾压控制数据为压实度达93％，坡比为1:1.5，整个填方体厚度1-12米。通过野外取样和现场试验，得到其密度为2.02g/cm3。室内试验颗分结果见下表3和图4所示。填土主要由颗粒直径大于10mm的块碎石组成，其占比超过70％。表3填方体颗分试验数据颗粒直径范围(mm)所占百分比(％)d>602360>d>402140>d>202120>d>101010>d>575>d>282>d>141>d>0.520.5>d4该案例的边坡水文地质条件：填方体和崩坡积层均主要为块碎石土，构成良好的含水层，而崩坡积体下的强风化页岩为相对隔水层。因此坡体中的水主要为孔隙水，并且富集于崩坡积体中，其受大气降水补给，具有即补即排的特点。崩坡积体地段地表较为平缓，平均坡度约12度，如此大部分降雨都能渗入崩坡积体中，最终在基覆界线处汇聚并向坡下排泄，这在滑坡前缘剪出口明显可见。根据现场使用简易塑料瓶测量来看，滑坡前缘从坡体向外渗水量约为1.86ml/min。剪出口内能见到螃蟹活动，可见剪出口内水量充足，且水能得到不断补给，水质较好无污染。另外在崩坡积体前缘有3个泉点，s01(水量为0.3l/s)，s02(水量为0.9l/s)，s03(水量为0.3l/s)。从而可以看出，崩坡积体地下水较为丰富，主要分布在崩坡积体下部与基覆界线附近，这对边坡整体稳定是非常不利的。该案例的边坡的变形破坏特征：第一、整体变形破坏特征：该边坡于2014年10月28日南道路tj5工区k29+880～k30+200段右侧路堤回填至第一个填方体平台时出现滑移，形成滑坡体。滑坡体纵向长约150米，后缘横向宽约250米，前缘横向宽约65米，平均厚度约13米，总体积约50万方。后缘贯穿性裂缝长151米，下错达0.7米，裂缝宽约0.01-0.3米，呈弧形。前缘剪出，滑体上有多处裂缝。第二、后缘变形破坏特征：滑坡体上近后缘位置可见明显的裂缝，滑坡主滑方向为170°，主要裂缝统计数据详见下表4所示。此外靠道真一侧农田，沿滑动方向可见明显沉降，沉降距离近30cm，且向外侧产生拉裂，裂缝宽约17cm。表4滑坡后缘裂缝统计表(主要裂缝)裂缝编号走向(°)张开宽度(cm)裂缝深度(cm)延伸长度(m)sl0424510-2010-4012.5sl0627510-35555.8sl072305-15353sl082705-102011.8sl091605-5054.3sl1025010-30403.8sl112655-205-154.4l042645-15106l0526010203l062605-15204.9l0827810-20352.9l10279404011l112705-15203.1l1229015352.5l13275103515.5l142823-10501l152721010-303.8l172688108l1827410-253010l19290102017l2029510358第三、前缘变形特征：滑坡前缘虽距滑坡发生已逾一年又半，但其破坏现象仍然非常明显，最显著的便是前缘剪出，坡表破坏。此外，地下水从前缘剪出口位置渗出也是较为明显的现象。这些现象也是我们野外判定其为滑坡前缘的重要标志。滑坡前缘破坏长度沿坡横向为65米，形成整体近5米的陡坎。第四、挡土墙变形特征：该段在填方之初，在填方体前缘位置修建了挡土墙，意在保证填方体安全，但是随着填方继续直至边坡失稳，挡土墙亦发生了变形与破坏。主要体现在，挡土墙中部向坡外突出，突出距离达2-9cm。右侧(道真方向)墙体出现拉裂缝，缝宽约1-2cm，局部有渗水。基于上述基本特征，进行物理力学试验：第一、天然状态滑带土含水率试验：土在温度为105-110℃的烘箱内烘干到质量不变时失去的水质量与烘干后干土质量的比值称为土的含水率，用百分数来表示。土的含水率是土的重要物理性质指标，它能反映出土的干、湿状态，土的物理力学性质会因为含水率的变化而发生一系列的变化。土的含水率是土的固、液、气三相物质中最活跃、最不确定的一个因素，也是影响土的状态以及工程地质性质的重要因素之一。含水率的变化会影响土的一系列物理力学性质，如影响到土的稠度、饱和度和结构强度等。因此，在土的物理力学性质研究中对土含水率的研究是不可或缺的一项指标，测定土的含水率是为了检测土的含水状态，并研究土的含水状态对工程建设的影响。本实验采用现场采集的滑带土作为试验土样，测定滑带土的天然含水率，为此后的数值模拟赋值提供理论依据。1、试验仪器设备(1)电热烘箱：控制温度为105-110℃。(2)天平：称量200g，最小分度值为0.01g；称量1000g，最小分度值为0.1g。2、操作步骤(1)取具有代表性滑带土15-30g，剔除土样内的直径大于5mm的碎石，将处理后的土样分别放入不同编号的称量盒内，称量不同编号盒的质量，记录盒号，并称取盒加湿土质量，精确至0.01g。(2)将装上土样的称量盒置于烘箱内，在105-110℃的恒温下烘干24小时。(3)将称量盒从烘箱内取出，放入干燥容器内冷却至室温，称盒加干土质量，精确至0.01g。3、试验成果(1)试样含水率按公式(4-1)计算，准确至0.1％式中ω0—式样含水率(％)；m0—湿土质量(g)；md—干土质量(g)。(2)含水率试验记录见表5。所得滑带土天然含水率为22.6％表5天然状态滑带土含水率试验记录第二、天然状态滑带土直剪试验：土的抗剪性是指土体抵抗剪力维持本身性质不被破坏的性能，土所能抵抗剪应力的最大值称为土的抗剪强度，数值等于土体所能承受的最大剪应力。测定土的抗剪强度有很多方法，本次试验采用的直接剪切试验就是其中一种。本次试验采用四个试样，对不同试样分别施加不同的法相压力p，并施加剪切力进行剪切，试验测得破坏时的最大剪应力τ，根据τ-p曲线能够计算出土的抗剪强度参数：内摩擦角和粘聚力(c)。1、试验仪器设备(1)应变控制式直剪仪：由垂直加压设备、剪切盒、剪切传动装置、测力计、位移测量系统组成。(2)环刀：内径61.8mm，高度20mm。2、操作步骤(1)土试样制备，本次试验对野外采集的天然滑带土筛出无法试验的大块砾石，对包含碎屑的土样用环刀制备4组进行试验。(2)在剪切盒底部放上一张硬孰料薄膜，将环刀刃口向上，对准剪切盒口，在试样上放一张硬塑料薄膜和透水板，按压透水版将试样小心的推入剪切盒内，盖上剪切盒盖子。(3)每组试验分别施加四级垂向荷载，根据南道高速路填方体滑坡的平均厚度13m，天然填方体重度2150kg/m3,天然覆盖层重度2050kg/m3,设计垂向最大荷载为200kpa,则四级荷载分别为50kpa、100kpa、150kpa、200kpa。(4)释放垂直压力，拔去固定销，由机器操作面板开始键控制以0.8mm/min的剪切速度开始剪切，使试样在3-5min内剪损。全程由计算机记录数据，剪至剪切位移6mm时停机。(5)剪切结束，吸取盒内积水，退去剪切力和垂直压力，移动加压框架，取出试样，整理仪器。3、试验成果(1)将所得的数据制作散点图，绘制散点趋势曲线，即抗剪强度与垂直压力关系曲线。(2)所得的抗剪强度与垂直压力关系曲线，直线的倾角为内摩擦角，直线在纵坐标上的截距为粘聚力。函数关系见公式(4-2)。(3)直剪试验的记录见表6，抗剪强度与垂直压力关系曲线见图5。测得天然状态c＝15.2kpa，表6天然状态滑带土直剪记录第三、滑带土塑限、液限测定试验：塑限、液限测定试验基于圆锥仪的圆锥入土深度与其相应的含水率在双对数坐标上具有的线性关系的特征来进行的。利用圆锥质量为76g的塑、液限联合测定仪测得土在不同含水率时的圆锥入土深度，并绘制其关系直线图，在图上查得圆锥下沉深度为10mm(或17mm)所对应的含水率即为液限，查得圆锥下沉深度为2mm所对应的含水率即为塑限。1、试验仪器设备(1)塑、液限联合测定仪：包括带标尺的圆锥仪、电磁铁、显示屏、控制开关和试样杯。圆锥质量76g，锥角30°；读数显示采用光电式、游标式和百分式表示；试样杯内径40mm，高30mm。(2)天平：称量200g，最小分度值0.01g。2、操作步骤(1)取天然滑带土样，烘干捣碎，用0.5mm的筛子筛去大于0.5mm的土粒和杂物，筛下代表性土样200g。将试样放在橡皮板上用纯水将土样调成均匀膏状，放入调土皿，浸润昼夜。(2)将制备的试样充分搅拌均匀，填入试样杯中，填样时不留空隙，对较干的试样充分揉捏，密实的填入试样杯中，填满后刮平表面。(3)将试样杯放在联合测定仪的升降座上，在圆锥上抹一薄层凡士林，接通电源，使电磁铁吸住圆锥。(4)调节零点，将屏幕上的标尺调在零位，调整升降座，使圆锥尖接触试样表面，指示灯亮时圆锥在自重下沉入试样，经5s后测读圆锥下沉深度(显示在屏幕上)，取出试样杯，挖去锥尖入土处的凡士林，取锥体附近的试样不少于10g，放入称量盒内，测定含水率。(5)将全部的试样再加水或吹干并调匀，重复2-4的步骤分别测定第二点、第三点试样的圆锥下沉深度及相应的含水率。3、试验成果(1)试样的含水率按式(4-1)计算，精确至0.1％。(2)塑、液限联合测定法试验记录见表7。测得滑带土塑限为22.5％，液限为35.7％。表7塑、液限联合测定法试验记录第四、不同含水率滑带土直剪试验：1、试验目的及步骤本试验在之前天然滑带土直剪试验的基础上，通过控制滑带土的含水率，进行试验，目的是得到不同含水率滑带土的c、关系曲线，并根据关系曲线求出c、值。具体方案如下：(1)采用应变控制式直剪仪，经行直接剪切试验，该仪器试验换刀内径61.8mm，高度20mm，试样颗粒允许粒径为环刀高度的1/6。故取筛分后的沙粒组与细粒组(粒径小于2mm)经行试验。(2)将土样调配成不同含水率试样，其参考塑、液限含水率，每4％增长至液限附近。试验所得的滑带土塑限为22.5％，液限为35.7％。故设计含水率分别为：23％、27％、31％、35％共4组试验。(3)每组试验分别施加四级垂向荷载，根据南道高速路填方体滑坡的平均厚度13m，天然填方体重度2150kg/m3,天然覆盖层重度2050kg/m3,设计垂向最大荷载为200kpa,则四级荷载分别为50kpa、100kpa、150kpa、200kpa。(4)为了控制试验准确性，同组样品质量相同，不同组样品质量控制在4％之内，同组样品制备后，用保鲜膜严密覆盖，静置24小时后按照试验设计目标含水率配置，测得含水率分别为23.1％、27.3％、31.8％、35.7％，基本与设计含水率稳合。2、试验成果(1)将所得的4组含水率的数据制作散点图，绘制散点趋势曲线，即抗剪强度与垂直压力关系曲线。(2)所得的抗剪强度与垂直压力关系曲线，直线的倾角为内摩擦角，直线在纵坐标上的截距为粘聚力。函数关系见式(4-2)。(3)土样含水率测定见表8，不同含水率直剪试验记录见表9至表12，抗剪强度与垂直压力关系曲线见图6至图9。由于去除了大于2mm的大颗粒，而滑带土中碎石又较多，故所得的c、值需要乘以一个经验系数。本试验采用c值经验系数为1.3，值经验系数为1.2。c、值计算结果见表13。表8制备土样含水率测定表923％含水率直剪试验记录表1027％含水率直剪试验记录表1131％含水率直剪试验记录表1235％含水率直剪试验记录表13不同含水率c、值计算结果由不同含水率滑带土的试验结果可知，相同含水率条件下，随着垂直压力p值的升高，测得的抗剪强度τ值也相应的升高，对应的函数曲线大致呈直线。在垂直压力p不变的情况下，滑带土抗剪强度τ值随着含水率的升高而下降。表现为滑带土含水率升高，物理力学性质下降，测得的c、值也对应下降，滑带土c、值随含水率升高的变化情况如图10至图11所示。试验测得的不同含水率滑带土的c、值可以表现出不同含水条件下滑带土的物理力学强度，同时表现出随着含水率的升高滑带土的强度变化情况。模拟出随着降雨的进行，在不同含水条件滑带土的物理力学强度情况，为后续对填方路基边坡稳定性进行动态模拟时参数选取提供依据。建立基于降雨渗流路径和含水率变化的斜坡稳定动态分析模型：本次flac3d数值模拟采用原设计试验模拟进行计算，自上而下共分3层，分别为人工填土，崩坡积层、基岩(页岩)。根据滑坡勘察资料，确定已知滑面位置。本次flac3d模拟采用假三维模型，其中剖面的建立是至关重要的，模型剖面既关系着对原型的仿真是否真实，又关系着试验的价值。基于野外调查和室内资料分析，滑坡两个分区中ⅰ区为主要滑坡区域，因此数值模拟选用滑坡ⅰ区为研究区，剖面选择填方体公路至坡脚具有代表性的剖面，并根据实际情况概话，即是研究剖面长约275米，高差92米。根据实际情况，模型建立做如下考虑：(1)模型建立将滑坡分成7个模块，包括人工填土、覆盖层、基岩(页岩)、挡土墙以及滑面的3个阶段分段共7个模块。(2)滑面分三段建模，分段位置以物理模拟中的不同位置孔隙水压力监测情况作为依据，赋值以孔隙水不同时间的检测值作为依据。(3)模型中只将对边坡稳点性影响最大的最终贯通的裂隙进行建模，其余影响较小的裂隙不做建模处理。(4)结合所研究填方路基边坡的性质，本构模型采用flac3d内置的摩尔—库伦模型。(5)为了更加准确地模拟实际情况，对模型的4个面采取限制位移边界条件，对两个临空面采取自由边界条件。(6)为了方便计算，重力设置为10kn/m。为了更加准确地模拟实际变形破坏过程，除天然状态外，各变形破坏阶段计算步骤设置为5000步。具体建模情况如图12至图14。根据孔隙水压力监测情况确定的滑面阶段划分见图15。在模型计算的参数选取上，主要考虑体积模量、剪切模量、粘聚力、内摩擦角、抗拉强度与重度六个参数，同时考虑岩土体的饱和含水量、饱和渗透系数及残余含水量，水力学参数选取情况见表14。参数选取依据主要由室内试验所得，同时部分结合经验取值确定，对天然状态及滑坡形成发展的3个阶段分别赋值计算。表14各渗流介质水力学参数取值表填方路基边坡变形破坏不同阶段稳定性动态分析：1、天然状态天然状态下，由于填方体的重力作用，在漫长的时间里，填方路基边坡各部分都会产生沉降，各项参数也会对应变化，但是实际情况是人工填土填上不久就发生连续暴雨并发生滑坡，固结沉降并没有完成，所以滑坡发生前的人工填土、覆盖层和基岩的参数与滑坡发生后勘察取样试验所得的参数相当。天然状态数值模拟分析各模块参数赋值如表15所示。表15天然状态参数选取用设定的参数经行数值模拟分析，根据计算出图得到以下结果：(1)由最大剪应变增量云图可知，天然状态下填方路基边坡由于坡型影响及填方体自身的物理力学性质影响，填方体中部位置，即滑坡后缘位置在天然状态下就会产生微弱的剪应变，可以验证此处的薄弱性质，为降雨条件下此处形成裂缝并发展贯通奠定基础。如图16所示。(2)由竖直方向位移云图可知，在天然状态下，由于人工填土的堆载作用，填土内的孔隙会被压缩，会在竖直方向产生一定的沉降位移，覆盖层由于固结没完全，也会产生少量沉降，而基岩由于长期的固结沉降，基本上不发生沉降，但是在挡土墙墙体重力作用下，经过漫长的时间会在挡土墙下方产生微量沉降固结，沉降主要集中在人工填土上。但由于填方体刚施工完成不久，边坡就遭遇连续强降雨并形成滑坡，固结沉降尚未完成。如图17所示。(3)由水平方向位移云图可知，排除沉降的影响，水平方向在天然状态下也会产生少量位移，位移主要集中在填方体中部及挡土墙附近，同样验证了滑坡后缘处的薄弱特性。如图18所示。(4)由边坡安全系数图可知，天然状态边坡安全系数为1.38，flac3d中的安全系数保守值介于圆弧法跟条分法之间，是一种相对较保守计算结果，计算的天然状态下边坡相对稳定。如图19所示。根据计算结果可知天然状态下边坡主要的位移与应变都集中在填方体中部，即滑坡后缘位置，验证了此位置土体的软弱特性，为降雨过程中此处开裂形成裂缝，雨水沿裂缝流入致使裂缝发展贯通奠定基础。2、降雨下渗-后缘形成裂缝阶段(第一阶段)由于在天然状态下填方体刚施工完成不久就遭遇连续的强降雨并形成滑坡，所以对天然状态进行数值模拟形成的位移与应变需要清除。在清除位移与应变后利用预设的参数对各模块重新赋值，参数赋值如表16所示。表16降雨下渗-后缘形成裂缝阶段参数选取用预设的参数对边坡重新赋值计算5000步，模拟滑坡发展破坏第一阶段过程，根据计算出图得到以下结果：(1)第一阶段最大剪应变主要集中在填方体中部，即滑坡后缘位置，此外，滑坡滑面初步显现轮廓，滑坡滑面各位置均有少量剪应变，进一步验证了勘察所得的滑面位置。如图20所示。(2)在滑坡破坏变形第一阶段，填方体由于颗粒间孔隙较大，各处均有1～2cm左右的沉降，以滑坡后缘位置沉降最为突出，形成1cm左右的剪切位移。如图21所示。(3)在滑坡变形破坏第一阶段，滑坡后缘位置形成1.3cm的水平位移，即后缘形成了大概1cm的裂缝，雨水能沿裂缝流入，为滑坡后续发展奠定基础。如图22所示。(4)滑坡变形破坏第一阶段边坡安全系数为1.23，边坡较安全，但会在降雨作用下形成蠕滑。如图23所示。在降雨作用下，人工填土的强度下降，在下滑力的作用下在填方体中部位置，即滑坡后缘位置产生一条裂缝，随着暴雨的持续进行，雨水从裂缝流入，裂缝处土的强度剧烈下降。此阶段能见到后缘处产生细小裂缝。3、雨水沿裂缝流入下渗-裂缝发展阶段(第二阶段)在第一阶段赋值计算形成位移与应变的基础上，用预设的参数对边坡各模块重新赋值计算，参数赋值如表17所示。表17雨水沿裂缝流入下渗-裂缝发展阶段参数选取在已有变形的基础上对边坡各模块用预设的参数重新赋值计算5000步，模拟滑坡变形破坏第二阶段，根据计算得到以下结果：(1)第二阶段最大剪应变主要集中在裂缝下基覆界面附近，滑坡滑面发展大致沿基覆界面方向。如图24所示。(2)在滑坡变形破坏第二阶段后缘在竖直方向上产生大约30cm的剪切位移。对应到现场勘察中见到的农田下错现象，此时在后缘能见到填方体明显的断面。如图25所示。(3)滑坡变形破坏第二阶段裂缝下基覆界面处产生约30cm的位移，后缘位置产生约10cm的裂缝，滑坡前缘处产生向上的挤压效果，能见到轻微隆起。挡土墙出现3cm左右的搓动开裂，与现场勘察所见的挡土墙开裂现象相符。如图26所示。(4)由边坡安全系数图可知，滑坡变形破坏第二阶段边坡安全系数计算为1.12，边坡稳定性已经较差，但是在滑坡滑面贯通前还能保持相对稳点，变形仍然处于蠕滑阶段，但此阶段的边坡安全系数已经不能满足设计要求，若要保证居民生命财产安全，保证工程顺利经行，此阶段必须采取控制措施。如图27所示。在降雨的持续作用下，由于滑坡后缘裂缝的产生，雨水从后缘裂缝流入，并从裂缝下渗到基覆界面，使基覆界面处土的强度急剧下降，雨水积聚在裂缝下方的基覆界面处，并顺着下伏页岩层面向下渗透。并且由于后缘强度的下降，土体开始向下滑动，并在前缘处积聚应力，产生挤压变形，最大剪应变发生在裂缝下基覆界面位置。此阶段能见到后缘处农田下错，前缘处坡体隆起，挡土墙能见到轻微的搓动开裂。此阶段变现迹象已经非常明显，若要保证工程顺利经行，保证居民生命财产安全需要立即采取控制措施。4、滑面贯通-整体滑动阶段(第三阶段)在第二阶段赋值计算形成位移与应变的基础上，用预设的参数对边坡各模块再重新赋值计算，参数赋值如表18所示。表18滑面贯通-整体滑动阶段参数选取在已有变形的基础上对边坡各模块用预设的参数重新赋值计算5000步，模拟滑坡变形破坏第三阶段，根据计算到以下结果：(1)滑坡变形破坏第三阶段最大剪应变增量集中在滑坡前缘，此时已经形成贯通滑面，从最大剪应变增量云图上能看到明显的滑面轮廓，且整个滑面都产生较大剪应变。如图28所示。(2)滑坡变形破坏第三阶段竖直方向位移仍然主要发生在滑坡后缘，产生约35cm的剪切位移，在第二阶段后缘产生变形的基础上，农田下错更加明显。如图29所示。(3)滑坡变形破坏第三阶段水平方向位移主要发生在滑坡前缘，模拟计算滑坡前缘位置产生约1.2m左右的水平位移，与现场勘察所得前缘剪出1m左右相符。如图30所示。(4)滑坡变形破坏第三阶段边坡安全系数计算为0.76，滑坡处于持续滑动阶段，此阶段滑面贯通，前缘剪出，变形已经由蠕滑变为剧烈滑动，附近居民的生命财产已经受到威胁，公路无法继续使用，工程无法继续经行，此阶段的滑坡已经造成巨大的经济损失。为防止边坡完全破坏造成更大的生命财产损失，需要立即采取应急措施，从多方面控制滑坡。如图31所示。在持续降雨作用下，斜坡又最开始在后缘形成裂缝，雨水从裂缝流入，并从裂缝下渗到基覆界面位置，由于基岩页岩的不透水性，雨水在基覆界面处积累，并沿基覆界面向下继续渗透，土的因此强度剧烈下降，裂缝发展成未贯通的滑面，滑坡后缘向下滑动，并在前缘堆积变形，由于堆载力的作用和雨水继续下渗到滑坡前缘，滑坡稳定性骤降，形成贯通滑面，滑坡从前缘剪出。此阶段能见到农田明显下错开裂，前缘坡体剪出并有水渗出，挡土墙出现明显开裂搓动。此时滑坡已经造成巨大的经济损失，为避免造成更大的生命财产损失，需要立即采取应急措施。因此，对雨水入渗坡体内部的途径进行研究，推测雨水沿裂缝流入下渗，逐步软化裂缝，促使裂缝发展。且能够通过对渗流路径分段赋值，模拟雨水沿裂缝流入下渗，逐步软化裂缝促使贯通的过程。计算结果更加准确、符合实际，能够弥补传统整体强度折减法计算误差大、难以定量评价、难以预测斜坡变形趋势的缺点。进一步的，基于上述方案，可对路基边坡稳定性进行动态控制，即滑坡既然作为一种地质灾害，我们就应该尽量避免造成损失，同时还要考虑节约成本、减少工期，能预防就预防，该治理就治理。以控制滑坡发展为目的，但控制时需按照一定的原则，有序又正确的采取控制措施。滑坡控制上主要有以下原则：(1)总体原则上需要结合工程实际，充分利用当地材料，材料选择上应保证经济实惠同时安全耐用，治理上尽量不过多的改变自然环境，做到治理措施与自然环境相协调。(2)滑坡控制的原则与防治的原则大同小异，正确辨别是控制的首要任务，做到认清滑坡变形特征，判断滑坡变形情况。其次是采取措施时要系统地规划治理，坚持治小原则，同时做到“药到病除”。对复杂大型滑坡的治理上采取综合治理原则，力求经济合理、技术可行；动态控制、科学高效施工，在施工完成后加强巡查并及时养护。(3)对于本滑坡的治理上，考虑到最主要的致滑因子为水，优先考虑排水治理，在排水无法满足治理要求是再考虑支护处理。在排水处理上对地表水和地下水经行阻断，并做好疏通工作。在考虑支护措施时采取坚固的支挡措施，滑坡滑移的地方经行重新填筑，对已经破坏的路面经行修复，保障人的生命财产安全。当前第1页1 2 3