3　一般性規(guī)律研究

3.1　均質(zhì)土坡滲流場分析

通過滲流場分析可以得到水力梯度的分布。相同的水力邊界條件，黏土（滲透系數(shù)為1.6×10-7cm/s）邊坡和粉土（滲透系數(shù)為3.3×10-4cm/s）邊坡的穩(wěn)定滲流場如圖1所示。

可見，對于同一個邊坡，相同的水力邊界條件，黏土和粉土最終形成的穩(wěn)態(tài)滲流場基本相同，而且水力梯度分布也基本相同。但是對于黏土而言，當(dāng)滲透系數(shù)很小（比如1.6×10-7cm/s）時，坑內(nèi)土體開挖以后需要很長時間才能達到穩(wěn)態(tài)滲流，經(jīng)過瞬態(tài)滲流分析可見，開挖一年后黏土均質(zhì)邊坡的滲流場如圖2所示。

可見，黏土邊坡（模型左側(cè)邊界總深度為20m）短時間內(nèi)滲流只發(fā)生在開挖面以下約1.0m深度范圍內(nèi)（該深度隨滲透系數(shù)變化），在此深度范圍總水頭由+2m變化到-10m，開挖面表層水力梯度達到10左右，滲透力較大，土體強度有極大降低，如果現(xiàn)場排水及時則表層土可以在風(fēng)干日曬作用下表現(xiàn)出龜裂等現(xiàn)象，因此對于黏土邊坡在核算施工期穩(wěn)定時，圖2所示的水力梯度變化急劇區(qū)域的土體強度應(yīng)該不予考慮。而且，這種局部范圍土體的水力比降大并不能說明會發(fā)生滲透破壞。

相比于黏土，粉土的滲流場隨時間變化較明顯（圖3），總水頭的變化由開挖面到遠場邊界逐步擴展（圖3中豎向曲線是總水頭等勢線），浸潤線由上往下逐步發(fā)展。

可見，通常所說的水力梯度是一個平均值的概念，它是相對于穩(wěn)定滲流而言的。不考慮滲透系數(shù)的大小，所有土坡在邊界條件一樣的情況下形成的穩(wěn)定滲流場中的水力梯度分布基本相同，如果以這樣的方式估計黏性土中水力梯度則會明顯偏小。依據(jù)所采用的滲透系數(shù)，粉土均質(zhì)邊坡在100d以后基本達到滲流穩(wěn)定，形成穩(wěn)定的浸潤面，遠水補給對粉土逐步發(fā)揮作用。而黏土由于滲透系數(shù)小，滲流短時間內(nèi)基本只發(fā)生在有水頭降低區(qū)域的表層土中，遠水補給基本不起作用。

3.2　滲流場的分布對穩(wěn)定系數(shù)的影響

黏土中滲透系數(shù)小，在施工期間很難形成穩(wěn)定的滲流場。且瞬態(tài)滲流只發(fā)生在土體表層，在滲流穩(wěn)定分析時應(yīng)將水力梯度變化急劇區(qū)域的土體強度設(shè)置為很小，即應(yīng)考慮它的重度對滲流穩(wěn)定的不利影響，但是不宜考慮它的抗滑強度。

而在施工期間粉土均質(zhì)邊坡滲流場不斷變化，以下是粉土邊坡在滲流發(fā)生不同時間點的穩(wěn)定安全系數(shù)。結(jié)果表明，如果不考慮其他因素，在有遠水補給條件下，粉土邊坡在滲流力作用下，隨著時間的延長安全系數(shù)會略有上升（圖4）。這主要是由于水頭差不變，滲徑逐步向遠水補給方向發(fā)展（圖3），水力比降減小，滲透力減小所致。