天氣因素對(duì)排土場(chǎng)生態(tài)邊坡穩(wěn)定性的影響
摘要: 為了研究排土場(chǎng)在天氣影響下的穩(wěn)定性，建立排土場(chǎng)溫度 - 滲流 - 應(yīng)力耦合有限元分析模型，研究其飽和 - 非飽和滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)以及穩(wěn)定性響應(yīng)規(guī)律，然后與排土場(chǎng)典型滑坡特征進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，并提出采用邊坡危險(xiǎn)滑動(dòng)帶來(lái)分析非均質(zhì)邊坡失穩(wěn)特征。結(jié)果表明: 考慮天氣影響時(shí)，雨水入滲深度范圍土體孔隙水壓力均會(huì)不同程度地低于無(wú)蒸散和植物截留時(shí)的孔隙水壓力，穩(wěn)定性系數(shù)極小值比無(wú)蒸散和植物截留時(shí)更高，出現(xiàn)時(shí)間更晚，表明雨后一段時(shí)間內(nèi)滑坡風(fēng)險(xiǎn)仍在不斷增加，能更準(zhǔn)確地反映出降雨所致邊坡失穩(wěn)的滯后效應(yīng)。提出在采用極限平衡法分析非均質(zhì)邊坡失穩(wěn)特征時(shí)，通過(guò)遞增穩(wěn)定性系數(shù)增量來(lái)觀察最危險(xiǎn)滑動(dòng)帶發(fā)展趨勢(shì)的方法，以便更加全面反映出邊坡滑坡類型和特征。
關(guān)鍵詞: 排土場(chǎng); 蒸散; 冠層截留; 吸力; 穩(wěn)定性分析; 危險(xiǎn)滑動(dòng)帶
0 引言
天氣現(xiàn)象是指發(fā)生在大氣中的各種自然現(xiàn)象，其中太陽(yáng)輻射、氣溫、濕度、風(fēng)、云、霧、雨、雪、霜、雹等現(xiàn)象都能直接或間接對(duì)土體含水量產(chǎn)生影響。對(duì)于有植被護(hù)坡的排土場(chǎng)生態(tài)邊坡而言，能夠?qū)吰滤之a(chǎn)生影響的直接途徑是雨、雪、雹、蒸發(fā)、蒸騰和植物截留作用，其中雨、雪、雹等降水作用會(huì)增加邊坡水分，蒸發(fā)、蒸騰和植物截留作用則相反。太陽(yáng)輻射、氣溫、濕度、風(fēng)等現(xiàn)象會(huì)對(duì)蒸發(fā)、蒸騰和植物截留產(chǎn)生影響，進(jìn)而間接影響邊坡土體含水量。蒸發(fā)、蒸騰持續(xù)消耗已經(jīng)滲入土體的雨水，而植物截留則是在降雨期間攔截還未滲入土體的雨水，進(jìn)而減少雨水入滲量，邊坡土體含水量的變化會(huì)直接導(dǎo)致基質(zhì)吸力發(fā)生改變，進(jìn)而對(duì)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。以前在分析排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定問題時(shí)，通常不考慮天氣現(xiàn)象，主要是由于缺乏有效的分析手段和工具。然而，實(shí)踐表明，大量滑坡事故的發(fā)生都是由于降水作用下土體基質(zhì)吸力降低而導(dǎo)致的，這表明天氣現(xiàn)象對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響是不容忽視的。隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)值仿真技術(shù)的發(fā)展，將天氣現(xiàn)象納入邊坡穩(wěn)定性分析中已經(jīng)逐步成為現(xiàn)實(shí)，一些學(xué)者也已經(jīng)對(duì)此進(jìn)行了有益的探索。陳建斌等[1]采用大氣 - 非飽和土相互作用模型對(duì)控制非飽和土吸力和變形的大氣蒸發(fā)和植物蒸騰等多參數(shù)進(jìn)行了影響程度分析，發(fā)現(xiàn)在植被覆蓋條件下，吸力變化主要取決于植物葉面積指數(shù) LAI，而總騰發(fā)量的大小決定了地表變形量。桂 勇等[2]的研究發(fā)現(xiàn)冠層截留和蒸騰作用有利于邊坡穩(wěn)定，在強(qiáng)降雨條件下，不同邊坡穩(wěn)定性系數(shù)提高率相差不大。吳宏偉[3]用人造根系統(tǒng)模擬植物蒸騰作用產(chǎn)生的負(fù)孔隙水壓力，建立考慮人造根系統(tǒng)水文和力學(xué)效應(yīng)的有限元模型，重點(diǎn)探討了直根形、心形根、板形根 3 種不同形狀根系的護(hù)坡效應(yīng)。MARTIN 等[4]基于綜合循環(huán)模型的氣候預(yù)測(cè)結(jié)果得到長(zhǎng)期氣候循環(huán)影響下的邊坡地下水位變化規(guī)律，并根據(jù)獲得的地下水?dāng)?shù)據(jù)建立粘塑性流變模型研究邊坡位移速率響應(yīng)規(guī)律，分析了溫室效應(yīng)導(dǎo)致的氣候變化對(duì)未來(lái)滑坡位移的影響。JOCHEN 等[5]基于環(huán)境模擬軟件 PCRaster 的地理信息系統(tǒng)環(huán)境建立了一個(gè)考慮地下水位變化的邊坡穩(wěn)定性分析模型，對(duì)不同氣候場(chǎng)景下德國(guó)波恩的叁個(gè)山坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。上述研究主要針對(duì)長(zhǎng)期氣候變化對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響而展開，對(duì)于短期天氣作用下的邊坡穩(wěn)定性變化規(guī)律有必要結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)一步開展深入研究。
本文以實(shí)例排土場(chǎng)為研究對(duì)象，通過(guò)天氣影響下排土場(chǎng)溫度 - 滲流 - 應(yīng)力耦合分析，分析蒸發(fā)、蒸騰、植物截留作用下的邊坡穩(wěn)定性變化規(guī)律，并與不考慮上述作用時(shí)的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行對(duì)比，全面分析氣象因素對(duì)排土場(chǎng)穩(wěn)定性的影響方式以及影響程度，同時(shí)與排土場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)情況進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。為了彌補(bǔ)由于極限平衡法不能考慮巖土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，在確定非均質(zhì)邊坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面時(shí)與實(shí)際情況存在出入的缺陷，提出采用危險(xiǎn)滑動(dòng)帶來(lái)判斷邊坡失穩(wěn)的整體范圍和趨勢(shì)，從而更加全面準(zhǔn)確地反映非均質(zhì)邊坡的滑坡特征。
1 非飽和土的蒸發(fā)蒸騰理論
1. 1 非飽和土的蒸發(fā)理論
當(dāng)土表持續(xù)蒸發(fā)而水分供給有限時(shí)，土處于非飽和狀態(tài)，其蒸發(fā)率是逐漸降低的[6]。Wilson 以適用于飽和土的 Penman 蒸發(fā)公式為基礎(chǔ)，通過(guò)考慮土表相對(duì)濕度變化，提出了計(jì)算非飽和土表面實(shí)際蒸發(fā)量的 Penman-Wilson 公式[7]:
AE = ΓQ + υEa Γ + υA ( 1)
式中: AE———實(shí)際蒸發(fā)率，單位 mm / d;
Γ———飽和蒸氣壓隨溫度變化曲線的斜率，單位 kPa /℃ ;
Q———地表凈輻射，單位 mm / d。
υ———濕度常數(shù);
Ea———與風(fēng)速、蒸氣壓力、相對(duì)濕度有關(guān)的函數(shù)，Ea = f( u) Pa ( B - A) ;
f( u) ———風(fēng)函數(shù)，f( u) = 0. 35( 1 + 0. 15u) ;
u———風(fēng)速，單位 km / h;
Pa———蒸發(fā)表面上的空氣的蒸氣壓力，單位 kPa;
B———空氣相對(duì)濕度倒數(shù);
A———土壤表面相對(duì)濕度倒數(shù)。
1. 2 非飽和土的蒸騰理論
植物體吸收的絕大部分水分都被通過(guò)蒸騰作用散失到大氣中，僅有極少部分被植物吸收儲(chǔ)存在細(xì)胞中參與代謝[8]。土體的蒸發(fā)與植物的蒸騰之和稱為蒸散[3]，土體蒸發(fā)與植物蒸騰的總耗水量稱為蒸散量?？紤]植物蒸騰作用時(shí)的土壤表面實(shí)際蒸發(fā)率為[7]:
Es = AE{ 1 - ( - 0. 21 + 0. 7 槡LAI) } ( 2)
式中: LAI———植被的葉面積指數(shù)，可以定義為每平方米地 表 面 積 上 覆 蓋 植 物 的 葉 片 總 面積[1]，單位 m2 /m2 ;
Es———考慮植被蒸騰作用時(shí)的實(shí)際蒸發(fā)率，單位 mm / d。
植物潛在蒸騰量為[7]:
PT = PE( - 0. 21 + 0. 7 槡LAI) ( 3)
式中: PT———植物潛在蒸騰率。它是充分供水條件下的蒸騰率，單位 mm / d。
PE———土壤表面潛在蒸發(fā)率。它是充分供水條件下的蒸發(fā)率，可由 Penman 蒸發(fā)公式計(jì)算得到，單位 mm / d。
實(shí)際蒸騰率的大小將由當(dāng)前負(fù)孔隙水壓力下的植
物濕度界限函數(shù)值 fPML決定[7]:
AT = 2PT RT ( 1 - Rn RT ) An fPML ( 4)
式中: AT———植物實(shí)際蒸騰率，mm / d;
RT———根區(qū)總厚度，單位 m;
Rn———模擬中的節(jié)點(diǎn)深度，單位 m; An———模擬中節(jié)點(diǎn)的作用區(qū)域;
fPML———當(dāng)前負(fù)孔隙水壓力下的植物濕度界限函數(shù)值，稱為植物濕度界限因子。
2 邊坡危險(xiǎn)滑動(dòng)帶
極限平衡法在計(jì)算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)時(shí)會(huì)根據(jù)用戶指定參數(shù)計(jì)算大量不同位置滑面的穩(wěn)定性系數(shù)，然后將穩(wěn)定性系數(shù)最小的滑面作為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。如果把穩(wěn)定性系數(shù)處于某一指定范圍的所有有效試算滑動(dòng)面歸類到一個(gè)條帶中，并給條帶涂上特定的顏色，用來(lái)顯示穩(wěn)定性系數(shù)在此范圍內(nèi)的所有試算滑面所處的區(qū)域，這就是安全圖。安全圖不僅能清晰地顯示出最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的位置，同時(shí)還可以顯示出在一定穩(wěn)定性系數(shù)范圍內(nèi)的潛在危險(xiǎn)滑動(dòng)面所在的區(qū)域。當(dāng)穩(wěn)定性系數(shù)范圍以區(qū)間形式表示為[最小穩(wěn)定性系數(shù)，最小穩(wěn)定性系數(shù) + A]時(shí)，該穩(wěn)定性系數(shù)范圍所對(duì)應(yīng)的安全圖便代表了邊坡最危險(xiǎn)的滑動(dòng)帶，可以將其定義為“邊坡危險(xiǎn)滑動(dòng)帶”。區(qū)間的長(zhǎng)度值 A 可以定義為“穩(wěn)定性系數(shù)增量”，它的大小決定了邊坡危險(xiǎn)滑動(dòng)帶范圍的大小。通過(guò)以較小的增量值( 建議取 0. 01) 逐步遞增 A 值，觀察危險(xiǎn)滑動(dòng)帶剪入?yún)^(qū)域與剪出區(qū)域范圍及其增加趨勢(shì)，可以全面地反映出邊坡的失穩(wěn)特征。
3 實(shí)例分析
考慮天氣影響的排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算是在地表環(huán)境下非飽和區(qū)滲流分析軟件 VADOSE/W、邊坡穩(wěn)定性極限平衡分析軟件 SLOPE /W 以及巖土應(yīng)力變形分析軟件 SIGMA /W 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的。首先在 VADOSE / W 中進(jìn)行天氣影響下的溫度 - 滲流直接耦合分析，然后利用 VADOSE /W、SIGMA /W 和 SLOPE /W 的分析結(jié)果和計(jì)算模型共享能力，將 VADOSE /W 保存的不同時(shí)刻的瞬態(tài)孔隙水壓力計(jì)算結(jié)果分別導(dǎo)入 SIGMA / W 和 SLOPE /W，進(jìn)行溫度 - 滲流 - 應(yīng)力間接耦合分析和邊坡穩(wěn)定性極限平衡分析，得到相應(yīng)時(shí)刻瞬態(tài)孔隙水壓力分布條件下的應(yīng)力變形特征和考慮天氣影響的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，并與非飽和土體滲流分析軟件 SEEP/W 分析所得到的不考慮天氣影響的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。本文采用 Spencer 法計(jì)算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。
3. 1 計(jì)算模型及參數(shù)
某排土場(chǎng)屬于露天鐵礦排土產(chǎn)生的山坡型外排土場(chǎng)，排棄物自上而下分為松散、稍密、中密 3 層碎石土，均屬于不均勻的碎石土層，主要由頁(yè)片狀粘土巖和灰?guī)r碎塊填成，含塊石、巖屑及少量粘性土，偶見磚塊、瓦片、木屑。塬始地形為平緩斜坡，地基主要為強(qiáng)度指標(biāo)較高的灰?guī)r。根據(jù)該排土場(chǎng)實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面圖建立適當(dāng)簡(jiǎn)化的典型剖面和計(jì)算模型，見圖1。下部臺(tái)階高度26. 4 m，臺(tái)階坡面角 35°，上部臺(tái)階高度 12. 9 m，臺(tái)階坡面角 41°，上下臺(tái)階間平臺(tái)寬度 1. 5 m，頂部平臺(tái)坡度 1. 5°。計(jì)算模型初始地下水位按水平處理，高程取坡腳實(shí)測(cè)地下水位高程 35. 57 m。采用 VG 模型獲取土水特征曲線和滲透系數(shù)函數(shù)，巖土層物理力學(xué)和 VG 模型參數(shù)根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告等相關(guān)資料確定( 表 1) 。碎石土、粘土( 巖) 、灰?guī)r的導(dǎo)熱系數(shù)分別取 5. 8 J/( m·℃·s) 、 1. 5 J/( m·℃·s) 、1. 78 J/( m·℃·s) ，質(zhì)量 比 熱 分 別 取 0. 96 J/( g·℃) 、0. 71 J/( g·℃) 、1. 2 J/( g·℃) 。在計(jì)算剖面坡肩處從坡面到地下水位 74. 7 ～ 34. 2 m 高程范圍內(nèi)選取若干節(jié)點(diǎn)作為孔隙水壓力變化監(jiān)測(cè)點(diǎn)，見圖 1 中的藍(lán)色節(jié)點(diǎn)。
3. 2 模型邊界及初始條件
3. 2. 1 植被邊界條件
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察所得植被類型及發(fā)育情況，LAI 取 1. 5，根系深度取 30 cm。國(guó)內(nèi)外研究顯示[9 - 10]，一次降雨過(guò)程中，草本植物的植被冠層截留容量一般不超過(guò) 2 mm，且截留容量與葉面積指數(shù)呈近似線性關(guān)系?？紤]到該排土場(chǎng)植被發(fā)育程度一般且主要為草本植物，截留容量取 1 mm。植物濕度界限函數(shù)參考有關(guān)文獻(xiàn)[1，8]確定，當(dāng)吸力為 0 kPa 時(shí)，fPML = 1; 而當(dāng)吸力達(dá)到 1 500 kPa 時(shí)，fPML = 0。
3. 2. 2 天氣邊界條件
天氣影響分析總歷時(shí)為 3 d，其中降雨歷時(shí) 1 d，雨后歷時(shí) 2 d。除降雨量、地表凈輻射外，其它天氣參數(shù)根據(jù)該排土場(chǎng)所在地 2017 年 7 月 1 日到 2017 年 7 月 3 日實(shí)測(cè) 24 h 氣象數(shù)據(jù)確定( 表 2) 。其中 7 月 1 日為雨天，7 月 2 日和 3 日為多云天氣。為考慮最不利工況，7 月 1 日的降雨量取礦區(qū)歷史氣象記錄中的日最大降雨量 211. 5 mm / d，降雨強(qiáng)度在降雨開始和降雨結(jié)束時(shí)刻為 0，在降雨持續(xù)時(shí)間的中值時(shí)刻為最大值。地表凈輻射在日出之前以及日落之后為 0，在 12 時(shí)為最大值?？諝鉁囟仍谌粘鰰r(shí)為最低值，在 12 時(shí)為最高值。相對(duì)濕度在日出時(shí)為最大值，在 12 時(shí)為最小值。日出時(shí)刻和日落時(shí)刻由軟件根據(jù)輸入的緯度值( 北緯 30. 2°) 和日期值自動(dòng)估算得到。風(fēng)速取當(dāng)天實(shí)測(cè) 24 h 風(fēng)速 值 的 平 均 值。地表凈輻射采用 FAO PenmanMonteith 公式估算得到。天氣參數(shù)的分布模式選擇為正弦曲線型分布，即上述氣象數(shù)據(jù)在從最小值向最大值( 或從最大值向最小值) 變化的過(guò)程中均按照正弦曲線規(guī)律遞增( 或遞減) 。
3. 2. 3 滲流邊界及初始條件
模型底部邊界設(shè)為不透水邊界，兩側(cè)邊界地下水位以上設(shè)為零流量邊界，上部邊界施加天氣邊界條件。由松散 碎 石 土 的 天 然 含 水 率 4. 1% 和 天 然 重 度 19. 6 kN /m3 ，根據(jù)文獻(xiàn)[11]推導(dǎo)的體積含水量計(jì)算公式得到其天然體積含水量 θ 為 0. 079，對(duì)照其土水特征曲線，相應(yīng)的基質(zhì)吸力約為 45 kPa，即計(jì)算剖面最大基質(zhì)吸力。初始地下水位以上，負(fù)孔隙水壓力近似按照靜流體力學(xué)的規(guī)律隨距離變化。參考有關(guān)文獻(xiàn)[12]，假定模型初始處于常溫狀態(tài)，初始溫度取 7 月 1 日 0 時(shí)實(shí)測(cè)大氣溫度 23. 8 ℃。
3. 3 滲流及穩(wěn)定性變化規(guī)律分析圖 2 顯示了部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)孔隙水壓力值的變化情況。有蒸散和植物截留時(shí)，在第 1 天約 4 m 和第 3 天約 7 m 的雨水入滲深度內(nèi)，孔隙水壓力均不同程度地低于無(wú)蒸散和植物截留時(shí)的孔隙水壓力，第 1 天和第 3 天邊坡表面孔隙水壓力分別約為 - 9. 8 kPa 和 - 24. 0 kPa，比無(wú)蒸散和植物截留時(shí)的邊坡表面孔隙水壓 力 - 8. 7 kPa 和 - 21. 3 kPa 分 別 低 1. 1 kPa、 2. 7 kPa，說(shuō)明蒸散和植物截留對(duì)邊坡淺層土體水分產(chǎn)生了明顯的消耗，蒸散作用下累積水分消耗量隨著時(shí)間增長(zhǎng)越來(lái)越大，雨后的邊坡淺層水分疏干速度也更快。
3 顯示了時(shí)間間隔為 3 h 的累積蒸發(fā)蒸騰量時(shí)程曲線，可見其在一天之內(nèi)的變化規(guī)律與地表凈輻射變化規(guī)律一致。由于土體不飽和，實(shí)際蒸散量小于潛在蒸發(fā)量，而實(shí)際蒸騰量則是略高于實(shí)際蒸發(fā)量。3 d 總累積實(shí)際蒸發(fā)量為 2. 709 mm，其中第 1、2、3 天的日累積 實(shí) 際 蒸 發(fā) 量 分 別 為 0. 507 mm、1. 063 mm、1. 139 mm。雖然第 3 天的地表凈輻射略小于第 2 天，但由于風(fēng)速大于第 2 天，日累積實(shí)際蒸發(fā)量仍然比第 2 天 高 了 0. 076 mm。3 天總累積實(shí)際蒸騰量為 3. 280 mm，其中第 1、2、3 天的日累積實(shí)際蒸騰量分別為 0. 618 mm、1. 287 mm、1. 375 mm。由于第 3 天的氣溫高于第 2 天，其日累積實(shí)際蒸騰量比第 2 天高了 0. 088 mm。
排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)時(shí)程曲線見圖 4。降雨期間排土場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)下降速度呈現(xiàn)出先慢后快的趨勢(shì)，雨后仍然繼續(xù)降低至最小值，然后才開始緩慢增大。有蒸散和植物截留時(shí)，其穩(wěn)定性系數(shù)全程均大于無(wú)蒸散和植物截留時(shí)的穩(wěn)定性系數(shù)，第 1 天降雨結(jié)束時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)為 1. 096，比無(wú)蒸散和植物截留時(shí)的穩(wěn)定性 系 數(shù) 1. 061 高 0. 035，增 加 率 為 3. 3% 。雨后，穩(wěn)定 性 系 數(shù) 在 第 2 天降低至最小值 1. 079，表明排土場(chǎng)容易在雨后 1 天內(nèi)發(fā)生滑坡。穩(wěn)定性系數(shù)最小值出現(xiàn)時(shí)間比無(wú)蒸散和植物截留時(shí)的第 1 天晚了 1 天，穩(wěn)定性系數(shù)最小值比無(wú)蒸散和植物截留時(shí)的 1. 061 高 0. 018，增加率為 1. 7% 。綜上所述，考慮蒸散和植物截留時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)在雨中降幅更小，雨后則繼續(xù)降低，穩(wěn)定性系數(shù)最小值更大。研究表明，降雨后，因?yàn)橛晁娜霛B而使巖土的基質(zhì)吸力下降，邊坡可能會(huì)因?yàn)榉€(wěn)定性繼續(xù)降低而發(fā)生雨后滑坡，考慮蒸散和植物截留時(shí)，邊坡穩(wěn)定性變化規(guī)律能夠更加準(zhǔn)確地反映出降雨導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的滯后效應(yīng)。僅考慮蒸散不考慮植物截留時(shí)，穩(wěn)定性系數(shù)時(shí)程曲線與同時(shí)考慮蒸散和植物截留時(shí)幾乎重合，表明在降雨總量以及強(qiáng)度均很大的條件下，穩(wěn)定性系數(shù)增量主要是由蒸散貢獻(xiàn)的，草本植物截留幾乎不對(duì)排土場(chǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。
3. 4 應(yīng)力及滑坡特征分析
該排土場(chǎng)曾發(fā)生一次由兩次滑動(dòng)最終形成的典型滑坡事故。第一次滑動(dòng)的滑坡壁上緣已成負(fù)角，中部漸緩，到滑坡腳近水平狀?；律嗪穸燃s 3 m，寬約 30 m，高度約 20 m。第二次滑動(dòng)位于第一次滑動(dòng)?xùn)|北方向約 3 m 處，滑坡上緣近于垂直，彎向滑坡臺(tái)階，呈不規(guī)則圓弧形?；履_處的滑坡舌與第一次滑坡舌混在一起，滑坡舌厚度約 4 m，滑坡寬度平均值約 25 m，滑坡高度約 25 m，屬小型淺層滑坡。有蒸散和植物截留作用時(shí)，第 2 天的排土場(chǎng)剪應(yīng)變情況見圖 5。圖中紅色虛線上部土體為剪應(yīng)變較大區(qū)域，可見其主要位于坡面松散碎石土范圍以內(nèi)，高度約 34 m，平均厚度不大于 4 m，表明排土場(chǎng)容易發(fā)生淺層滑坡。排土場(chǎng)剪應(yīng)變分析結(jié)果與典型滑坡基本一致。
考慮蒸散和植物截留時(shí)，第 2 天的最危險(xiǎn)滑面及危險(xiǎn)滑動(dòng)帶見圖 6，紅色危險(xiǎn)滑動(dòng)帶內(nèi)的白色滑面即最危險(xiǎn)滑動(dòng)面?？梢娺吰伦钗ｋU(xiǎn)滑動(dòng)面處于上部臺(tái)階，滑體高度約為 11. 8 m，厚度約 3 m，與該排土場(chǎng)典型滑坡的滑體相比，厚度基本一致，而高度明顯小于典型滑坡體的約 20 m 和 25 m，這表明極限平衡法由于未考慮巖土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，對(duì)于非均質(zhì)邊坡而言，其最危險(xiǎn)滑動(dòng)面并不能準(zhǔn)確反映實(shí)際滑坡的全部特征。穩(wěn)定性系數(shù)增量 A 取 0. 01 時(shí)，危險(xiǎn)滑動(dòng)帶內(nèi)滑面安全系數(shù)范圍為 1. 079 ～ 1. 089，穩(wěn)定性系數(shù)增加率僅約為 0. 9% ，可以認(rèn)為危險(xiǎn)滑動(dòng)帶內(nèi)滑面的滑坡危險(xiǎn)程度十分接近，都屬于高危險(xiǎn)性滑面。危險(xiǎn)滑動(dòng)帶剪出區(qū)域的范圍遠(yuǎn)大于剪入?yún)^(qū)域，且剪出區(qū)域主要位于下部臺(tái)階，表明該排土場(chǎng)除了最危險(xiǎn)滑面，也極有可能發(fā)生從下部臺(tái)階剪出的、滑體高度更高的滑坡，更加全面準(zhǔn)確地反映出了典型滑坡的高度特征。當(dāng) A 以等額差值 0. 01 遞增時(shí)，剪出區(qū)域范圍增加量也遠(yuǎn)大于剪入?yún)^(qū)域范圍增加量，表明整個(gè)下部臺(tái)階都是高危險(xiǎn)性滑坡的可能剪出區(qū)域，印證了發(fā)生高度更高的滑坡的可能性。危險(xiǎn)滑動(dòng)帶位于松散碎石土范圍內(nèi)，表明排土場(chǎng)容易發(fā)生淺層滑坡，也與典型滑坡一致。
4 結(jié)論
( 1) 考慮天氣影響時(shí)，由于蒸散和植物截留對(duì)淺層土體水分的消耗，雨水入滲深度范圍土體孔隙水壓力均會(huì)不同程度地低于無(wú)蒸散和植物截留時(shí)的孔隙水壓力，雨后邊坡淺層水分疏干速度更快。實(shí)際蒸發(fā)量、潛在蒸發(fā)量、實(shí)際蒸騰量變化規(guī)律都與地表凈輻射變化規(guī)律一致。
( 2) 無(wú)蒸散和植物截留時(shí)，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)在降雨結(jié)束時(shí)降至最低值，雨后立即開始增大。有蒸散和植物截留時(shí)，由于邊坡水分持續(xù)消耗，其穩(wěn)定性系數(shù)全程均大于無(wú)蒸散和植物截留時(shí)的穩(wěn)定性系數(shù)，并且雨后仍然繼續(xù)降低至最小值，然后才開始緩慢增大，穩(wěn)定性系數(shù)最小值出現(xiàn)時(shí)間比無(wú)蒸散和植物截留時(shí)更晚，表明雨后一段時(shí)間內(nèi)滑坡風(fēng)險(xiǎn)仍在不斷增加，更加準(zhǔn)確地反映出降雨導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的時(shí)間滯后效應(yīng)。
( 3) 對(duì)于非均質(zhì)邊坡，采用極限平衡法分析邊坡失穩(wěn)特征時(shí)，由于不能考慮巖土體應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，所得最危險(xiǎn)滑動(dòng)面有時(shí)不能全面反映邊坡失穩(wěn)特征，而本文提出的邊坡危險(xiǎn)滑動(dòng)帶分析方法則能彌補(bǔ)這一缺陷，通過(guò)遞增穩(wěn)定性系數(shù)增量 A 來(lái)觀察最危險(xiǎn)滑動(dòng)帶范圍及其發(fā)展趨勢(shì)，能夠更加全面地反映出邊坡滑坡類型和特征。
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