降雨条件下炭质泥岩-土分层路堤渗流特性分析

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方案

为分析降雨入渗对炭质泥岩一土分层路堤渗流特性的影响,设置降雨强度为3.34×10-7m/s(该地区连续7d平均降雨量)。水位线以下的孔隙水压力按照静水压力计算,地下水位线处孔隙水压力为O kPa,而地下水位线以上的区域采用VG模型进行非线性拟合,使与大气接触的坡面各处负孔隙水压力相同,初始孔隙水压力如图4所示。

3结果与分析

3.1含水率的变化规律

图5~8为沿高程分布的特征截面I-I、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ一Ⅲ含水率随时间的变化规律,由图可知:(1)在降雨试验过程中,坡面土体(测点3号)含水率的变化分为:持续稳定、迅速升高和迅速下降三个阶段;靠近包边土的内部土体(测点4号)与远离包边土的内部土体(测点5号)含水率变化规律分为两个阶段:持续稳定和缓慢升高;(2)粉质黏土土层(特征截面Ⅱ-Ⅱ)在含水率达到24.52%(饱和含水率的90%)以上时,认为该处土体处于饱和状态,并在该处形成暂态饱和区,如图6所示,在降雨过程中,靠近坡面的土体(测点8)内部形成暂态饱和区,同时距离坡面越近的土体率先形成暂态饱和区;(3)炭质泥岩土层(特征截面III-III)含水率在试验期间未超过其饱和含水率90%,因此认为在炭质泥岩土层中未出现暂态饱和区。

3.2基质吸力的变化规律

沿高程分布的特征截面I-I、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ基质吸力随时间的变化规律如图9~10所示。由图9可知:(1)在试验过程中,坡面土体(测点3号)基质吸力的变化分为:迅速下降、迅速升高和缓慢升高三个阶段;靠近包边土的内部土体(测点4号)与远离包边土的内部土体(测点5号)基质吸力变化规律分为三个阶段:持续稳定、迅速下降和缓慢升高。(2)坡面粉质黏土基质吸力下降幅度最大,同时降雨停止后升高幅度也最大,边坡内部粉质黏土基质吸力下降幅度比炭质泥岩下降幅度大,且距离坡面越远,基质吸力下降的时间越晚。

3.3路堤孔隙水压力分布

图11为分层路堤在降雨条件下,不同时刻的孔隙水压力分布图,由图可知,在降雨期间坡面土体孔隙水压力上升幅度较大,而边坡内部土体孔隙水压力在降雨期间无明显升高,这是由于降雨入渗导致坡面土体含水率升高,孔隙水压力也随之增加。降雨停止后由于雨水持续渗透进入边坡内部,导致边坡内部含水率增加,孔隙水压力也随之增加,而坡面由于雨水入渗,含水率持续降低,孔隙水压力也随之下降。在最终停止时刻(第512h),高程位于7~9m之间的炭质泥岩土层孔隙水压力增加幅度最大。

4结语

本文以西南某高速公路工程为依托,对降雨条件下炭质泥岩一土分层路堤的渗流特征进行研究,得到以下结论:

(1)坡面土体含水率的变化可分为持续稳定、迅速升高和迅速下降三个阶段;降雨期间,靠近坡面的土体内部容易形成暂态饱和区,在边坡内部未形暂态饱和区。

(2)坡面粉质黏土基质吸力下降幅度与降雨停止后升高幅度最大,边坡内部粉质黏土基质吸力下降幅度比炭质泥岩下降幅度大,且距离坡面越远,基质吸力下降的时间越晚。

(3)降雨期间坡面土体孔隙水压力上升幅度较大,而边坡内部土体孔隙水压力无明显升高,降雨停止后边坡内部含水率增加,导致孔隙水压力随之增加。

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