372 工程科学学报，第43卷，第3期 逐渐接近饱和状态，孔隙水压持续增长，导致基质 部时(=21h),土体渗透系数继续增大人渗速率更快， 吸力逐渐减小，抗剪强度逐渐减弱，下滑力不断增 较之前相比高台阶排土场安全系数的降低加快 大，使高台阶排土场逐渐失稳；考虑孔隙气压力对 2.2 高台阶排土场入渗的影响时，由于孔隙气压对湿 --Considering pore air pressure 1.8 .Without considering pore air pressure 润锋的延时作用，使得孔隙水压上升变缓，当湿润 2.0 锋下移至高台阶排土场分层临界面时，由于孔隙 1.8 气压的变化导致湿润锋下移变慢，孔隙水压较之 16 前相比上升也变缓，但整体趋势没有改变 16 4.2边坡稳定性分析 .4 1-1 profile 1.4 通过高台阶排土场两个典型剖面的稳定性数 Initial 0 06b-t 值分析，获得了强降雨条件下考虑孔隙气压与不 1.3 rainfall stage 12 考虑孔隙气压作用的高台阶排土场的边坡稳定性 2-2 profile 0 3 6 912151821242730 系数如表4所示 Rainfall duration,t/h 表4高台阶排土场安全系数计算结果 图11降雨时长与安全系数的关系 Fig.11 Relationship between rainfall duration and safety factor Table 4 Safety factor of the high dump Safety factor 1.9 2.2 --Without considering pore air pressure Influence -o-Considering pore air pressure Profile Duration of Without 1.8 rainfall/h Considering degree of pore 2.0 considering pore air pore air air pressure/ 1.7 pressure pressure m 1.8” 0 1.815 1.815 0 1.6 、 Middle of the Bottom of the packing 1.638 1.656 1.06 packing material 1.6 material 6 1.545 1.600 3.44 1.4 1-1 profile. 14 1-1 profile 1.426 1.486 4.01 3 Top of the packing. 8 1.364 1.425 4.26 material 1.2 2-2 profile 3 1.343 1.377 2.45 1.2 0 10 20304050 607080 30 1.339 1.355 1.20 Wetting front,=/m 因12湿润锋与安全系数的关系 0 1.789 1.789 0 Fig.12 Relationship between wetting front and safety factor 3 1.581 1.597 1.00 6 1.464 1.525 3.98 在考虑孔隙气压力的情况下，在降雨入渗初 2-2 profile 1.309 1.384 5.42 期(0h≤K3h),由于高台阶排土场内的孔隙气压 8 1.253 力近似等于大气压力，对高台阶排土场的稳定性 1.302 4.76 品 1.210 1.245 2.81 影响较小：随着降雨入渗(3h≤K11h)孔隙气压力 30 1.194 迅速增大使得雨水入渗降低，湿润锋下移深度变 1.218 1.98 缓，对安全系数的降低有延时效应：孔隙气压力不 同时，此处还对高台阶排土场降雨各个时段 断地排出与压缩会基本恒定在H+H,其对高台阶 考虑孔隙气压力与不考虑气压力的稳定性系数进 排土场稳定性的延时效应会随着雨水入渗而增 行了对比分析，探讨了降雨时长、湿润锋与高台阶 加：当湿润锋到达高台阶排土场分层临界面时 排土场安全系数的变化规律.由图11和12可知， (=11h、=24h),孔隙气压原有的平衡状态被破 在不考虑孔隙气压力的情况下，强降雨入渗导致 坏，在原有基础上孔隙气压会继续增大直至达到 高台阶排土场含水量增大，基质吸力迅速降低，出 新的平衡，对高台阶排土场稳定性的影响与之前 现暂态饱和区，使得土体下滑力增加，弱化了土体 相比更加显著.另一方面，在湿润锋到达相同深度 强度参数引起了非饱和土的抗剪强度减弱，边坡 时，考虑孔隙气压力的排土场稳定性安全系数小 安全系数下降，且当湿润锋到达堆积料中部时 于不考虑孔隙气压力的安全系数，说明孔隙气压 (=9h),土体渗透系数变大导致入渗速率加快，使 力降低了高台阶排土场的安全系数，需把孔隙气 得安全系数的降低变快：当湿润锋到达堆积料下 压力当成影响其稳定性的一项重要因素逐渐接近饱和状态，孔隙水压持续增长，导致基质 吸力逐渐减小，抗剪强度逐渐减弱，下滑力不断增 大，使高台阶排土场逐渐失稳；考虑孔隙气压力对 高台阶排土场入渗的影响时，由于孔隙气压对湿 润锋的延时作用，使得孔隙水压上升变缓，当湿润 锋下移至高台阶排土场分层临界面时，由于孔隙 气压的变化导致湿润锋下移变慢，孔隙水压较之 前相比上升也变缓，但整体趋势没有改变. 4.2    边坡稳定性分析 通过高台阶排土场两个典型剖面的稳定性数 值分析，获得了强降雨条件下考虑孔隙气压与不 考虑孔隙气压作用的高台阶排土场的边坡稳定性 系数如表 4 所示. 表 4 高台阶排土场安全系数计算结果 Table 4   Safety factor of the high dump Profile Duration of rainfall/h Safety factor Influence degree of pore air pressure/% Without considering pore air pressure Considering pore air pressure 1-1 profile 0 1.815 1.815 0 3 1.638 1.656 1.06 6 1.545 1.600 3.44 12 1.426 1.486 4.01 18 1.364 1.425 4.26 24 1.343 1.377 2.45 30 1.339 1.355 1.20 2-2 profile 0 1.789 1.789 0 3 1.581 1.597 1.00 6 1.464 1.525 3.98 12 1.309 1.384 5.42 18 1.253 1.302 4.76 24 1.210 1.245 2.81 30 1.194 1.218 1.98 同时，此处还对高台阶排土场降雨各个时段 考虑孔隙气压力与不考虑气压力的稳定性系数进 行了对比分析，探讨了降雨时长、湿润锋与高台阶 排土场安全系数的变化规律. 由图 11 和 12 可知， 在不考虑孔隙气压力的情况下，强降雨入渗导致 高台阶排土场含水量增大，基质吸力迅速降低，出 现暂态饱和区，使得土体下滑力增加，弱化了土体 强度参数引起了非饱和土的抗剪强度减弱，边坡 安全系数下降. 且当湿润锋到达堆积料中部时 （t=9 h），土体渗透系数变大导致入渗速率加快，使 得安全系数的降低变快；当湿润锋到达堆积料下 部时（t=21 h），土体渗透系数继续增大入渗速率更快， 较之前相比高台阶排土场安全系数的降低加快. 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 Safety factor, Fs Safety factor, Fs Rainfall duration, t/h Considering pore air pressure Without considering pore air pressure Initial rainfall stage 1-1 profile 2-2 profile 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 图 11    降雨时长与安全系数的关系 Fig.11    Relationship between rainfall duration and safety factor Without considering pore air pressure Considering pore air pressure 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2-2 profile 1-1 profile Safety factor, Fs Safety factor, Fs Wetting front, z/m Top of the packing material Middle of the packing material Bottom of the packing material 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 图 12    湿润锋与安全系数的关系 Fig.12    Relationship between wetting front and safety factor 在考虑孔隙气压力的情况下，在降雨入渗初 期（0 h≤t<3 h），由于高台阶排土场内的孔隙气压 力近似等于大气压力，对高台阶排土场的稳定性 影响较小；随着降雨入渗（3 h≤t<11 h）孔隙气压力 迅速增大使得雨水入渗降低，湿润锋下移深度变 缓，对安全系数的降低有延时效应；孔隙气压力不 断地排出与压缩会基本恒定在 H+Hc，其对高台阶 排土场稳定性的延时效应会随着雨水入渗而增 加；当湿润锋到达高台阶排土场分层临界面时 （t=11 h、t=24 h），孔隙气压原有的平衡状态被破 坏，在原有基础上孔隙气压会继续增大直至达到 新的平衡，对高台阶排土场稳定性的影响与之前 相比更加显著. 另一方面，在湿润锋到达相同深度 时，考虑孔隙气压力的排土场稳定性安全系数小 于不考虑孔隙气压力的安全系数，说明孔隙气压 力降低了高台阶排土场的安全系数，需把孔隙气 压力当成影响其稳定性的一项重要因素. · 372 · 工程科学学报，第 43 卷，第 3 期