3　一般性规律研究

3.1　均质土坡渗流场分析

通过渗流场分析可以得到水力梯度的分布。相同的水力边界条件，黏土（渗透系数为1.6×10-7cm/s）边坡和粉土（渗透系数为3.3×10-4cm/s）边坡的稳定渗流场如图1所示。

可见，对于同一个边坡，相同的水力边界条件，黏土和粉土最终形成的稳态渗流场基本相同，而且水力梯度分布也基本相同。但是对于黏土而言，当渗透系数很小（比如1.6×10-7cm/s）时，坑内土体开挖以后需要很长时间才能达到稳态渗流，经过瞬态渗流分析可见，开挖一年后黏土均质边坡的渗流场如图2所示。

可见，黏土边坡（模型左侧边界总深度为20m）短时间内渗流只发生在开挖面以下约1.0m深度范围内（该深度随渗透系数变化），在此深度范围总水头由+2m变化到-10m，开挖面表层水力梯度达到10左右，渗透力较大，土体强度有极大降低，如果现场排水及时则表层土可以在风干日晒作用下表现出龟裂等现象，因此对于黏土边坡在核算施工期稳定时，图2所示的水力梯度变化急剧区域的土体强度应该不予考虑。而且，这种局部范围土体的水力比降大并不能说明会发生渗透破坏。

相比于黏土，粉土的渗流场随时间变化较明显（图3），总水头的变化由开挖面到远场边界逐步扩展（图3中竖向曲线是总水头等势线），浸润线由上往下逐步发展。

可见，通常所说的水力梯度是一个平均值的概念，它是相对于稳定渗流而言的。不考虑渗透系数的大小，所有土坡在边界条件一样的情况下形成的稳定渗流场中的水力梯度分布基本相同，如果以这样的方式估计黏性土中水力梯度则会明显偏小。依据所采用的渗透系数，粉土均质边坡在100d以后基本达到渗流稳定，形成稳定的浸润面，远水补给对粉土逐步发挥作用。而黏土由于渗透系数小，渗流短时间内基本只发生在有水头降低区域的表层土中，远水补给基本不起作用。

3.2　渗流场的分布对稳定系数的影响

黏土中渗透系数小，在施工期间很难形成稳定的渗流场。且瞬态渗流只发生在土体表层，在渗流稳定分析时应将水力梯度变化急剧区域的土体强度设置为很小，即应考虑它的重度对渗流稳定的不利影响，但是不宜考虑它的抗滑强度。

而在施工期间粉土均质边坡渗流场不断变化，以下是粉土边坡在渗流发生不同时间点的稳定安全系数。结果表明，如果不考虑其他因素，在有远水补给条件下，粉土边坡在渗流力作用下，随着时间的延长安全系数会略有上升（图4）。这主要是由于水头差不变，渗径逐步向远水补给方向发展（图3），水力比降减小，渗透力减小所致。