[发明专利]一种基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法

说明书

本发明公开了一种基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法，利用一维土柱垂直入渗试验记录土柱入渗时土柱湿润锋变化过程，得到土体不变量入渗湿润锋含水率，对Green‑Ampt入渗模型计算方法进行改进，结合改进后的Green‑Ampt入渗模型得到边坡土体入渗深度随降雨时间的变化规律，然后对将湿润锋以上的范围内土取饱和参数或折减参数，其他范围内的土保持天然参数，最后进行稳定性分析与计算，得到持续降雨条件下动态的安全系数变化。本发明可以大大提高描述降雨工况下入渗过程的准确性，提高拟合计算边坡稳定性的精度。

技术领域

本发明属于土壤边坡稳定性分析领域，具体而言，涉及一种基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法。

背景技术

我国是边坡破坏最严重地区之一，尤其是在西部黄土分布地带，所以在对边坡进行设计时，需要严谨地对边坡稳定性进行验算，以保证边坡在道路施工及运行过程遇到各种不利工况中仍处于安全状态。而我国大部分边坡破坏是在暴雨或连续降雨的工况下发生的，当降雨入渗的开始，边坡表面土体的入渗率、渗透系数、孔隙度、含水率等指标会随之改变，而且随着降雨的持续，入渗深度不断加深，边坡内部的土体性质和力学性质随之发生变化。所以在边坡稳定性分析过程中的一大难题就是合理模拟入渗过程中土体性质的改变。目前描述土壤入渗的模型有Kostiakov模型、Philip模型、Horton模型和Green-Ampt模型，其中Kostiakov、Philip、Horton模型为经验公式，其中Green-Ampt模型参数具有明确的物理意义，因而得到广泛应用。

但是Green-Ampt模型中采用入渗条件是饱和入渗，不符合实际情况。

专利申请号为CN202110934585.4的发明专利公开了一种考虑地层应力的锚杆加固边坡分析方法，包括以下步骤：计算假定滑动面的圆弧半径；建立平面坐标系；计算边坡的滑动力矩；计算由摩擦力和粘聚力提供的抗滑力矩；计算整体锚固力矩；计算安全系数，评价边坡稳定性。该发明能够对锚杆加固边坡进行分析，既考虑坡体滑动状态下锚杆有效的锚固长度，又考虑进入坡体三角区内锚固体所受地应力非线性分布，得到较为真实准确的锚固力，从而确定加固边坡所需的锚杆数，锚杆的数量由需要提升的锚固力矩决定，当安全系数大于1时则不再需要增添锚杆的数量，此时边坡处于稳定状态。该发明对于锚杆加固边坡的设计计算将会带来很大的便利和准确性，但是该专利没有考虑入渗过程中土体性质的改变。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法，利用一维土柱垂直入渗试验记录土柱入渗时土柱湿润锋变化过程，得到土体不变量入渗湿润锋含水率，对Green-Ampt入渗模型计算方法进行改进，结合改进后的Green-Ampt入渗模型得到边坡土体入渗深度随降雨时间的变化规律，然后对将湿润锋以上的范围内土取饱和参数或折减参数，其他范围内的土保持天然参数，最后进行稳定性分析与计算，得到持续降雨条件下动态的安全系数变化。本发明可以大大提高描述降雨工况下入渗过程的准确性，提高拟合计算边坡稳定性的精度。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于室内试验的土体入渗计算与边坡分析方法，包括以下步骤：

(1)、利用一维土柱垂直入渗试验记录土柱湿润锋变化过程，得到积水入渗湿润锋含水率或无积水入渗湿润锋含水率；

(2)、利用Green-Ampt入渗模型得到边坡土体入渗深度随降雨时间的变化规律；

(3)、将湿润锋以上的范围内土取饱和参数或折减参数，其他范围内的土保持天然参数，合理模拟出入渗过程中土体性质的改变；

(4)、进行稳定性分析与计算，得到持续降雨条件下动态的安全系数变化。

优选的是，所述步骤(1)中一维土柱垂直入渗试验中，试验用土为重塑不同含水率的土，通过质量和体积控制不同密度。