不同降雨类型下混合花岗岩路堑边坡稳定性分析 - PLAXIS应用案例
2026-03-17 09:49:37
iGeo
不同降雨类型下混合花岗岩路堑边坡稳定性分析
来源：安全与环境工程期刊, 2024, 31(1): 150-162
作者：陈景松，周春梅，吝曼卿，董高一，高鹏（武汉工程大学）
一、研究背景
降雨是影响边坡稳定性的重要因素之一。降雨入渗导致边坡的孔隙水压力增大，基质吸力减小，地下水水位抬升以及岩土体抗剪强度降低，皆对边坡稳定性产生不利影响。
混合花岗岩土层在我国亚热带和热带地区广泛存在，近年来极端气候频发，降雨入渗过程中岩土体由非饱和趋于饱和，容易导致边坡失稳变形。
二、研究方法
研究者基于饱和-非饱和理论和强度折减有限元理论，运用PLAXIS 2D数值模拟软件分析了不同降雨类型和不同岩土体渗透系数组合条件下边坡的渗流特性以及稳定性变化特征。
强度折减有限元法通过同步调整岩土体的强度指标粘聚力c和内摩擦角φ，逐步增加折减系数直至边坡达到临界破坏，此时得到的折减系数即为边坡稳定性系数Fs。
采用Van Genuchten模型描述土体基质吸力与含水量之间的本构关系。
三、主要研究成果
渗透系数对边坡稳定性的影响：
| 渗透系数 (m/d) | 降雨后饱和度变化 | 降雨影响特征 |
|---|---|---|
| 0.432 (低) | 升高50%-65% | 仅影响表层，入渗缓慢 |
| 0.900 (中) | 升高40%-50% | 入渗深度增大，约增加1倍 |
| 4.320 (高) | 升高40%以上 | 湿润锋周围趋向完全饱和 |
核心结论：
- 渗透系数较小的岩土体，降雨对边坡稳定性影响有限
- 渗透系数较大的岩土体，降雨强度越大，边坡稳定性系数越低
- 均匀型降雨工况下边坡稳定性最低
- 渗透系数越大，降雨影响的滞后性越不明显
- 均匀型强降雨易引起浅层滑坡
四、工程应用价值
- 针对不同渗透性边坡，制定差异化的监测预警方案
- 均匀型持续降雨工况应作为边坡稳定性验算的控制工况
- 高渗透性边坡需重点关注降雨期间的实时监测
- 边坡支护设计应考虑浅层滑动的可能性
五、PLAXIS软件应用
上述研究成果采用的数值模拟方法已成为边坡稳定性分析的主流技术手段。PLAXIS 2D是一款专业的岩土工程有限元分析软件，广泛应用于边坡稳定性、渗流分析、支护结构设计等领域。
| 功能模块 | 应用价值 |
|---|---|
| 渗流分析 | 饱和-非饱和瞬态渗流，支持降雨入渗过程模拟 |
| 稳定性分析 | 强度折减法，自动计算安全系数及滑移面 |
| 变形分析 | 弹塑性分析，模拟边坡变形发展过程 |
| 支护设计 | 锚杆、桩、挡土墙等支护结构设计 |
六、中仿科技服务
中仿科技（CnTech）专注于岩土工程数值模拟技术推广与应用，为客户提供PLAXIS、GeoStudio等岩土仿真软件正版授权、技术培训、项目咨询等服务。
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