地震和降雨作用下的填土邊坡室內(nèi)模型試驗(yàn)研究

田松何

(中國(guó)建筑第六工程局有限公司，天津 300450)

滑坡事故一直以來(lái)都是造成生命財(cái)產(chǎn)損失的重要地質(zhì)災(zāi)害之一，近年來(lái)由于基礎(chǔ)設(shè)施的快速建設(shè)，邊坡失穩(wěn)問(wèn)題逐漸成為了研究的熱點(diǎn)。影響邊坡穩(wěn)定的因素有很多，其中降雨和地震便是觸發(fā)邊坡失穩(wěn)的兩大重要因素。如1972年6月中國(guó)香港地區(qū)發(fā)生了長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)降雨，降雨強(qiáng)度一度達(dá)到65 mm/h，強(qiáng)降雨導(dǎo)致的滑坡事故造成了250人死亡，其中大量房屋被掩埋，僅秀茂坪[1]的一處滑坡就造成71人喪生。云南省昭通市小壩村[2]于2009年4月因強(qiáng)降雨而觸發(fā)了山體滑坡，滑坡的巖土體總體積達(dá)到8 000 m3，其長(zhǎng)約50 m，寬約40 m，厚度更是達(dá)到4 m，由此造成了20多人的傷亡。2015年12月，紅坳渣土受納場(chǎng)[3]由于地下水的緣故發(fā)生了滑坡，造成了73人死亡，大量廠房被掩埋，由其造成損失高達(dá)8.81億元。1976年的唐山大地震[4]造成了密云水庫(kù)的大壩土體液化進(jìn)而導(dǎo)致壩體滑坡。2008年，汶川發(fā)生了8.0級(jí)大地震，此次地震造成了大規(guī)模的滑坡和泥石流，造成失穩(wěn)的邊坡多達(dá)2萬(wàn)余處[5]，此次造成的邊坡失穩(wěn)規(guī)模也是十分罕見的，其中安縣大光包滑坡規(guī)模創(chuàng)下了歷史之最，居世界之冠[6]。一直以來(lái)，相關(guān)學(xué)者對(duì)地震和降雨單獨(dú)作用下的邊坡失穩(wěn)問(wèn)題做了大量的研究，但是針對(duì)地震和降雨共同作用對(duì)填土邊坡穩(wěn)定性影響的研究卻很少見于報(bào)端。趙川、付成華等[7]基于局部強(qiáng)度折減法基本理論,采用有限元軟件對(duì)某含有軟弱夾層的水電邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)。馬紫娟 、張有龍等[8]利用有限元軟件Geostudio分析了降雨持時(shí)、降雨強(qiáng)度、地震時(shí)程3個(gè)參數(shù)對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響。李曉蓮、余云燕等[9]利用FLAC3D數(shù)值軟件分別計(jì)算并分析了降雨單獨(dú)作用、地震單獨(dú)作用及降雨與地震共同作用條件下邊坡應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)、塑性區(qū)及剪應(yīng)變?cè)隽康淖兓Ｍ跆m民、蒲小武等[10]開展天然狀態(tài)、降雨100 mm黃土邊坡2種模型的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，分析了邊坡模型的宏觀變形、加速度、孔壓、土壓力等相關(guān)物理量的變化特征。本文采用自行制作的可以模擬降雨和地震的試驗(yàn)裝置進(jìn)行模型試驗(yàn)，對(duì)地震和降雨共同作用下的邊坡動(dòng)態(tài)響應(yīng)和坡面形態(tài)變化進(jìn)行了分析。

1 試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介及模型邊坡的制作

1.1 試驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介

試驗(yàn)裝置主要包括試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖?、振?dòng)臺(tái)、人工降雨系統(tǒng)、量測(cè)系統(tǒng)等部分[11]。模型箱設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為2 m、寬度為1.5 m、高度為1.8 m，采用鋼板及角鋼制成，此外為了能夠從側(cè)面觀察模型箱內(nèi)的邊坡模型的裂紋、位移、浸潤(rùn)峰的發(fā)展情況，將模型箱的兩側(cè)壁改成透明的有機(jī)玻璃。振動(dòng)臺(tái)最大載重量為6 t，最大工作頻率為20 Hz,滿載下的最大加速度和位移分別為1 g和±150 mm，其運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樗较蚱絼?dòng)。人工降雨系統(tǒng)主要包括供水設(shè)備、降雨噴頭及其組合裝置兩個(gè)部分。降雨噴頭采用噴嘴式，根據(jù)其口徑大小分為3.0、3.5、6.5 mm 3個(gè)型號(hào)。為了對(duì)降雨強(qiáng)度和降雨范圍進(jìn)行有效控制，對(duì)原本固定噴頭位置的降雨設(shè)備進(jìn)行了改進(jìn)：降雨強(qiáng)度主要是通過(guò)降雨噴頭型號(hào)的選擇、降雨噴頭的數(shù)目、降雨噴頭間距3個(gè)因素組合控制；降雨范圍通過(guò)降雨噴頭的固定間距控制。

1.2 模型邊坡的制作及試驗(yàn)工況的設(shè)計(jì)

1.2.1模型邊坡的制作

在邊坡模型填筑前需要對(duì)模型邊坡填土的物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)得的邊坡填土為粉質(zhì)黏土，具體的參數(shù)見表1。

填土邊坡模型的填筑采用梯形分層填筑的方案，共分為10層，每層10 cm，然后通過(guò)厚度、面積、體積計(jì)算需要填土的質(zhì)量，按照設(shè)計(jì)好的削坡位置進(jìn)行削坡。用彩筆在有機(jī)玻璃上作邊長(zhǎng)為10 cm的正方形網(wǎng)格，作為坡體位置參考，便于觀察示蹤點(diǎn)移動(dòng)、濕潤(rùn)峰變化以及裂縫相對(duì)位置和發(fā)展情況。邊坡填筑時(shí)的模板支護(hù)應(yīng)從下往上，支撐牢固，不能出現(xiàn)松動(dòng)和漏洞情況，防止土體流出，壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。削坡時(shí)，模板的拆除應(yīng)從上往下依次拆除，拆完模的上部土體應(yīng)避免再次擾動(dòng)。同時(shí)邊坡填筑過(guò)程中，將傳感器按相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案埋設(shè)在土體中，傳感器的具體位置見圖1。

圖1 傳感器布置

1.2.2試驗(yàn)工況的設(shè)計(jì)

地震波類型本文選取的是El-centro波和Kobe波。最終地震作用下的邊坡模型試驗(yàn)的加載制度擬采用表2的加載制度。編號(hào)WTN、ELC、KOB分別代表白噪聲隨機(jī)波、El-centro波、Kobe波。邊坡模型在地震作用加載后會(huì)進(jìn)行降雨作用。

表2 振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)加載制度

2 地震和降雨物理模型試驗(yàn)及其結(jié)果分析

本次邊坡模型試驗(yàn)是先進(jìn)行不同工況下的地震作用，在不損毀邊坡模型的前提下，探討邊坡模型的裂紋裂縫的發(fā)展情況，并監(jiān)測(cè)邊坡的土壓力和加速度的動(dòng)態(tài)響應(yīng)情況。地震作用試驗(yàn)完成后，間隔2～3 h，使土體內(nèi)部應(yīng)力分布均勻后進(jìn)行降雨作用，試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)浸潤(rùn)面和坡面的形態(tài)變化進(jìn)行詳細(xì)記錄，在此基礎(chǔ)上分析邊坡在地震和降雨共同作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及變形機(jī)制。

2.1 地震作用下的試驗(yàn)結(jié)果分析

在進(jìn)行降雨試驗(yàn)前先進(jìn)行地震試驗(yàn)，本次地震的加載制度見表2。本次試驗(yàn)的地震波輸入均為水平方向，暫不考慮豎直向。地震波的波形共3種，分別為白噪聲隨機(jī)波(持續(xù)時(shí)間150 s)、El-Centro波(持續(xù)時(shí)間40 s)、Kobe波(持續(xù)時(shí)間40 s)。

2.1.1加速度響應(yīng)

前人在邊坡模型試驗(yàn)中做了很多有關(guān)動(dòng)力響應(yīng)的研究，其中對(duì)加速度響應(yīng)描述的一個(gè)重要指標(biāo)便是PGA放大系數(shù)。由圖2a可知粉質(zhì)黏土在不同峰值加速的El-Centro波作用下的PGA放大系數(shù)，從圖中可以知道坡面對(duì)地震波的加速度響應(yīng)隨位置不同而表現(xiàn)出不同現(xiàn)象，其中坡頂A1處響應(yīng)最強(qiáng)，其次是坡中A2處，三者之中響應(yīng)最小的位置是坡腳A3處；從圖2a還可知峰值加速度在0.1～0.3 g區(qū)間內(nèi)邊坡的加速度響應(yīng)隨著地震峰值加速度的增大而增大，0.1 g時(shí)加速度響應(yīng)最小，0.3 g時(shí)加速度響應(yīng)最大。圖2b表現(xiàn)出和圖2a相同的變化趨勢(shì)，即隨著加速度的增大響應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)，但是圖b中的邊坡在峰值加速度為0.1 g的El-Centro波作用下的加速度響應(yīng)要大于經(jīng)過(guò)若干次加載后的同樣為0.1 g的El-Centro波作用下的加速度響應(yīng)，通過(guò)若干次的加載后邊坡出現(xiàn)了損傷，有裂縫、位移等情況發(fā)生，故其對(duì)邊坡的響應(yīng)規(guī)律造成的影響。由圖3可知坡面在同一峰值加速度不同地震波作用下，粉質(zhì)黏土邊坡同一位置表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律，即隨著峰值加速度的增大邊坡的響應(yīng)規(guī)律逐漸增大，El-centro波近似為線性增長(zhǎng)，而Kobe波則在0.1 g之前增長(zhǎng)較慢，而在0.1～0.15 g之間增長(zhǎng)變快。值得注意的是邊坡在峰值加速為0.08 g的Kobe波作用下加速度響應(yīng)均小于1，也就是此時(shí)邊坡的加速度響應(yīng)小于水平地震波的輸入。

a)0.1～0.3 g

b)0.05～0.15 g圖2 坡面在不同峰值加速度作用下的PGA放大系數(shù)(El-centro波)

2.1.2土壓力響應(yīng)

本文按照表2的試驗(yàn)加載制度進(jìn)行了試驗(yàn)邊坡水平方向的土壓力的測(cè)試，以ELC-1為例進(jìn)行了振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，試驗(yàn)邊坡的同一豎直方向和同一水平方向水平土壓力的響應(yīng)規(guī)律見圖4。從圖5a可知，在0.08 g的El-centro地震波作用下，同一豎直方向的X-土壓力表現(xiàn)為：坡底響應(yīng)最小，隨著高度的增大，土壓力大小逐漸增大，在邊坡中部某一點(diǎn)達(dá)到最大值，然后隨著高程的增大，X-土壓力逐漸減小，但坡頂?shù)捻憫?yīng)仍然要大于坡底。從圖4b還可得出，在0.08 g的El-centro地震波作用下，試驗(yàn)邊坡0.4 m高度處的X-土壓力隨著坡內(nèi)向坡面水平移動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，且減小的幅度逐漸減小。從邊坡模型宏觀分析可知，邊坡模型后壁給邊坡模型提供了向前移動(dòng)的推力，而邊坡模型對(duì)該推力有逐漸削弱的作用，離后壁越近削弱的程度越大，越遠(yuǎn)力度越小，這和圖4b所示的曲線斜率逐漸減小相一致。由圖5可知，在地震峰值加速度相同的情況下，填土邊坡對(duì)Kobe波的地震響應(yīng)規(guī)律與El-centro波相同，但是填土邊坡對(duì)El-centro波的響應(yīng)要略強(qiáng)于Kobe波。圖6中的ELC-4、ELC-5、ELC-6分別為試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案中的0.1、0.2、0.3 g地震作用，從圖6a、6b可知，同一位置處，隨著地震波峰值加速度的增大，其對(duì)應(yīng)的X-土壓力響應(yīng)也逐漸變大。從中還可得知，同一地震波作用，在同一豎直方向上，坡底的X-土壓力響應(yīng)最小，坡中的某位置最大，坡頂次之；而在同一水平方向上，隨著作用位置離坡面越近，其X-土壓力逐漸減小，即坡后壁處最大，坡面處最小，模型邊坡對(duì)X-土壓力具有削弱作用，這些規(guī)律也和上面的試驗(yàn)ELC-1、Kob-1結(jié)果相一致。

a)A1

b)A2

c)A3圖3 坡面不同位置在相同峰值加速下的響應(yīng)規(guī)律

a)豎直向土壓力的響應(yīng)規(guī)律

b)水平向土壓力響應(yīng)規(guī)律圖4 ELC-1地震波作用下邊坡模型的X-土壓力響應(yīng)

a)豎直方向

b)水平方向圖5 峰值加速度為0.08g作用下的土壓力響應(yīng)

a)豎直方向的X-土壓力響應(yīng)

b)水平方向的X-土壓力響應(yīng)圖6 不同峰值加速度作用下的土壓力響應(yīng)規(guī)律

2.1.3模型邊坡的側(cè)壁和坡面的裂縫和位移發(fā)展情況

為了比較直觀地測(cè)量出模型邊坡在振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)中的位移和裂縫發(fā)展情況，本次試驗(yàn)采用的是在邊坡側(cè)壁、坡面以及坡頂埋置標(biāo)志點(diǎn)并利用網(wǎng)格線輔助測(cè)量的方法。在邊坡模型填筑好之后進(jìn)行了試驗(yàn)編號(hào)為ELC-1、KOB-1、ELC-2、KOB-2的地震試驗(yàn)，由于輸入的地震波峰值加速度較小，邊坡始終呈現(xiàn)穩(wěn)定的狀態(tài)，其側(cè)面及坡面均無(wú)裂縫和位移發(fā)生，坡面只出現(xiàn)零星的散土顆粒滾落。試驗(yàn)進(jìn)行到KOB-3時(shí)模型邊坡在坡頂后緣處出現(xiàn)明顯的整體下陷情況，下陷的最大深度為3 cm，此時(shí)的模型邊坡的側(cè)面也發(fā)生位移，具體情況見圖7。從圖7a可以看出模型邊坡的頂部出現(xiàn)下陷情況，邊坡的頂部與紅色分層線的最大距離達(dá)到3 cm，但頂部未出現(xiàn)裂縫。在圖7b中透過(guò)有機(jī)玻璃可以看到編號(hào)為1的2個(gè)橡皮塞隨著地震動(dòng)出現(xiàn)了移動(dòng)現(xiàn)象，其橡皮塞的最大移動(dòng)距離為6 mm，其運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橄蛴移弦稽c(diǎn)，由于橡皮塞的密度與土相近，因而可以將橡皮塞的運(yùn)動(dòng)情況代表模型邊坡土的運(yùn)動(dòng)情況。從圖7b中的編號(hào)2、3處可知邊坡的坡頂前緣和坡面中上部在地震動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)下陷狀況。隨著模型試驗(yàn)的進(jìn)行，在編號(hào)為ELC-4時(shí)邊坡頂部出現(xiàn)了裂縫。裂縫在左右兩側(cè)同時(shí)出現(xiàn)，且都向坡頂中部發(fā)展，在編號(hào)為ELC-5試驗(yàn)時(shí)整個(gè)拉裂縫在坡頂橫向貫通，見圖8。在坡頂拉裂縫出現(xiàn)的同時(shí)坡面也出現(xiàn)了斜向上的剪切裂縫，坡面裂縫首先出現(xiàn)在填土之間的分層界線處，此處由于是邊坡兩層土之間的銜接處，故而應(yīng)力分布不是很均勻，抗剪切的強(qiáng)度要小于其他地方。在地震發(fā)生時(shí)，坡面的該薄弱地方率先出現(xiàn)裂縫并且斜向上發(fā)展，在編號(hào)為ELC-6試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)坡面橫向貫穿，見圖9。綜上可推知，填土邊坡的滑坡形成是從坡頂出現(xiàn)橫向拉裂縫開始，然后坡面中部某位置出現(xiàn)剪切破壞的斜裂縫，緊接著坡頂處的拉裂縫向下發(fā)展，坡面的剪切裂縫向坡體內(nèi)部發(fā)展，直至兩處裂縫貫通，形成滑裂面，進(jìn)而促使邊坡發(fā)生滑坡事故。

2.2 震后降雨作用下的試驗(yàn)結(jié)果及其破壞模式分析

本次試驗(yàn)按照?qǐng)D10的工況進(jìn)行了降雨，在打開閥門降雨強(qiáng)度會(huì)有稍微的波動(dòng)，但在每小段降雨時(shí)間內(nèi)可近似認(rèn)為降雨強(qiáng)度是均勻不變的。在本次降雨模擬試驗(yàn)中對(duì)邊坡模型相關(guān)變量進(jìn)行了測(cè)量和分析，分析結(jié)果如下。

a)坡頂下陷

b)邊坡側(cè)壁位移及下陷圖7 模型邊坡的位移及下陷情況

a)坡頂裂縫圖8 坡頂裂縫的發(fā)展?fàn)顩r

b)坡頂右側(cè)裂縫

c)坡頂左側(cè)裂縫續(xù)圖8 坡頂裂縫的發(fā)展?fàn)顩r

圖9 坡面裂縫的發(fā)展情況

圖10 模型試驗(yàn)降雨歷程

2.2.1浸潤(rùn)峰入滲速率及形態(tài)變化

在模型邊坡進(jìn)行完地震試驗(yàn)后，進(jìn)行降雨試驗(yàn)，在前5 min內(nèi)，由于模型邊坡試驗(yàn)用土的滲透系數(shù)較大，一開始的入滲速度大于降雨強(qiáng)度，致使雨水全部滲入，坡面未出現(xiàn)坡面徑流。隨著降雨的進(jìn)行，邊坡坡面處的土壤逐漸趨向飽和，在入滲速度小于降雨強(qiáng)度時(shí)便出現(xiàn)了坡面徑流，本次試驗(yàn)在7 min左右便出現(xiàn)了坡面徑流。此外隨著雨水的不斷入滲，模型邊坡的土壤隨著含水量的增大，土壤的顏色逐漸變深，而深色淺色土壤的邊界便出現(xiàn)了浸潤(rùn)峰。本次試驗(yàn)通過(guò)架設(shè)在邊坡模型有機(jī)玻璃側(cè)的攝像機(jī)拍攝浸潤(rùn)峰的變化情況，以此來(lái)判斷和計(jì)算雨水的入滲深度和入滲速率。

圖11是選取不同降雨時(shí)間段的浸潤(rùn)峰圖片，其中圖11a、11b顯示浸潤(rùn)峰首先出現(xiàn)在坡頂和坡面且不斷向內(nèi)部推移。圖11c、11d則反映隨著降雨的持續(xù)，坡頂?shù)挠晁徊糠秩霛B，一部分形成坡面徑流，而其中還有一部分沿著模型箱后壁入滲，由于后壁和土壤的材質(zhì)不同，入滲的速度要大于土壤，故而浸潤(rùn)峰在后壁處很快豎向貫通，在豎向貫通后隨著含水量的增大，便沿著水平向向邊坡內(nèi)部入滲。從圖12可以看出坡頂和坡面的雨水入滲速率還是具有一定的規(guī)律性的，從圖上可以看出不管是坡頂還是坡面入滲速率總體還是呈現(xiàn)相同的減小趨勢(shì)，這是由于隨著降雨的進(jìn)行，入滲的雨水使土壤的含水率不斷增大進(jìn)而使表層土趨向于飽和狀態(tài)，入滲速度逐漸減小，而在飽和后表層土的入滲相對(duì)較小且穩(wěn)定，而內(nèi)部由于滲入的雨水量較小，進(jìn)一步降低了雨水的入滲速率。此外，可以看出32 min是坡面和坡頂入滲速率曲線的交點(diǎn)，在32 min之前坡頂?shù)娜霛B的平均速率要比坡面大，這是因?yàn)橐环矫嫫马斣诘卣鹱饔脮r(shí)產(chǎn)生了數(shù)條細(xì)裂縫，入滲的雨水正好可以沿著裂縫快速深入；另一方面隨著降雨的進(jìn)行在坡頂處形成了積水，這一因素又促使入滲速度加快，相對(duì)于坡面處于傾斜角度，多余的雨水都形成了坡面徑流流向坡腳。而在32 min之后坡面的雨水平均入滲速率要略大于坡頂，這是由于隨著降雨的進(jìn)行坡腳處出現(xiàn)了大量積水，且坡腳的積水量遠(yuǎn)大于坡頂。而后期降雨的入滲速度有所提升，這是因?yàn)楹笃谠龃罅私涤陱?qiáng)度，進(jìn)而加速模型邊坡的破壞速度。

a)t=5 min

b)t=116 min

c)t=134 min

d)t=166 min圖11 模型邊坡的浸潤(rùn)峰位置

圖12 邊坡模型降雨入滲速率

2.2.2模型邊坡滑坡坡面形態(tài)變化

粉質(zhì)黏土邊坡的降雨破壞過(guò)程見圖13，在形成表面徑流的同時(shí)，強(qiáng)降雨使邊坡表面形成了暫態(tài)飽和區(qū)，暫態(tài)飽和區(qū)處的土壤由于飽和度較高，在水分的作用下表層土壤一方面抗剪強(qiáng)度變?nèi)酰硪环矫嫫渫馏w容重增大下滑力增大，故出現(xiàn)了輕微的流滑現(xiàn)象，流滑的土壤在強(qiáng)降雨的沖刷下以及表面徑流的運(yùn)移作用蓄積在了坡腳(圖13a)。由于發(fā)生流滑的地方其土壤率先達(dá)到暫態(tài)飽和狀態(tài)，其飽和區(qū)呈現(xiàn)一塊塊獨(dú)立的區(qū)域，流滑發(fā)生后邊坡表面于是出現(xiàn)了一塊塊的片蝕現(xiàn)象。片蝕的形成主要是由于雨水自上而下降落對(duì)坡面產(chǎn)生的濺蝕作用，濺蝕使邊坡坡面松散的土顆粒產(chǎn)生了運(yùn)移，再加上土體含水量的增大，絮結(jié)成一塊塊的流滑體，在表面徑流的作用下流向了坡腳。片蝕之后隨著降雨入滲和表面徑流路徑的穩(wěn)定，在坡面中間率先出現(xiàn)了溝蝕現(xiàn)象，而坡面兩側(cè)的面蝕逐漸加大，見圖13b。隨著降雨的持續(xù)，坡頂和坡面都出現(xiàn)了土顆粒運(yùn)移現(xiàn)象，直觀的表現(xiàn)就是坡頂和坡面都出現(xiàn)了洼地和坡頂轉(zhuǎn)角下陷。從圖13c可以看出地震時(shí)產(chǎn)生的細(xì)裂縫在降雨的過(guò)程中在不斷擴(kuò)大，不管是深度和寬度都得到了進(jìn)一步的發(fā)展。從圖13d可知，降雨的持續(xù)進(jìn)行，沖蝕溝的溝蝕作用進(jìn)一步發(fā)展，沖蝕溝在徑流的沖刷下向更深的土體和兩側(cè)土體發(fā)展，此外坡面的兩側(cè)的沖刷溝逐漸增多起來(lái)。圖13e可以看出，沖刷溝在向深切和側(cè)蝕發(fā)展的同時(shí)，其長(zhǎng)度也在不斷的發(fā)展，逐漸貫穿坡面。圖13f可知，沖蝕溝沿坡面的縱向發(fā)展正好經(jīng)過(guò)坡頂?shù)牧芽p處，這是由于坡頂拉裂縫的形成，加速了附近土體趨向飽和的速度，飽和的土體由于土體容重的增大和抗剪強(qiáng)度的降低，再加上雨水的沖刷，率先發(fā)生流滑進(jìn)而發(fā)展成溝蝕，最終與坡面的沖刷溝相連，造成邊坡的徹底破壞。根據(jù)本次降雨模型試驗(yàn)現(xiàn)象和前人的試驗(yàn)總結(jié)可以判定本次降雨試驗(yàn)在降雨強(qiáng)度較高的情況下為淺層流滑型滑坡破壞。

a)t=30 min

b)t=40 min

c)t=64 min

d)t=124 min圖13 模型邊坡滑坡的發(fā)展過(guò)程

e)t=154 min

f)t=166 min續(xù)圖13 模型邊坡滑坡的發(fā)展過(guò)程

3 結(jié)論

a)地震工況下，本文用的粉質(zhì)黏土邊坡在El-Centro波作用下得到的結(jié)論有：①通過(guò)PGA放大系數(shù)可以判斷邊坡模型的加速度應(yīng)從下往上逐漸增強(qiáng)；②同一豎直方向下的X-土壓力表現(xiàn)為坡底的響應(yīng)最弱，隨著高度的增大X-土壓力響應(yīng)逐漸增大，在坡中達(dá)到最大值，隨后逐漸減小，在0.4 m高度處的X-土壓力響應(yīng)隨著坡內(nèi)向坡面水平移動(dòng)，響應(yīng)呈現(xiàn)為逐漸減小的趨勢(shì)；③振動(dòng)后，坡頂率先出現(xiàn)了橫向裂縫并且土體有下陷的情況，同時(shí)在某個(gè)時(shí)刻坡面中部薄弱位置會(huì)出現(xiàn)剪切破壞的斜裂縫，緊接著是坡頂處的拉裂縫向下發(fā)展，而坡面的剪切裂縫向兩側(cè)和坡體內(nèi)部發(fā)展，直至兩處裂縫貫通，形成滑裂面，進(jìn)而促使滑坡事故的形成。

b)震后降雨工況下，本文試驗(yàn)時(shí)的降雨強(qiáng)度是大于125 mm/h的強(qiáng)降雨，試驗(yàn)得到的結(jié)論有：①通過(guò)降雨入滲速率的統(tǒng)計(jì)和分析，可知坡頂、坡面的平均入滲速率是總體呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)，此外32 min之前坡頂下方的平均入滲速率要大于坡面下方，而32 min之后，則坡面下方的平均入滲速率要大于坡頂；②降雨時(shí)，模型邊坡的坡面首先在暫態(tài)飽和區(qū)出現(xiàn)流體，緊接著向片蝕發(fā)展，進(jìn)而到溝蝕，最終形成多條貫穿坡面的沖蝕溝致使坡面發(fā)生破壞。