在总结既有文献关于台风诱发滑坡特征的基础上,构建了裂隙优先流和台风风荷载耦合下乔木斜坡稳定性评价的简化力学模型。选取圆锥形、圆台形和圆柱形3种不同形状树冠的乔木,通过脉动风叠加平均风计算乔木不同高度处的风荷载时程曲线。利用ABAQUS有限元模拟获得台风作用下乔木的力学响应,并将乔木底部总力的最大值视为下滑力。以简化的二元结构斜坡为算例,在250 mm·d-1的固定降雨强度下,计算了裂隙优先流(即裂隙斜坡)和风荷载耦合下发育3种类型乔木斜坡的稳定性,并与仅考虑风荷载时(即无裂隙斜坡)的结果进行比对。结果表明:由于裂隙优先流的存在,裂隙斜坡的雨水入渗速度明显快于无裂隙斜坡,其达到饱和状态所需的时间较无裂隙斜坡大幅缩短;裂隙斜坡和无裂隙斜坡的稳定性系数均随风速的增大而降低,整体上各风速下裂隙斜坡的稳定性系数明显小于无裂隙斜坡,且裂隙斜坡失稳时的风速要明显小于无裂隙斜坡;无论裂隙斜坡还是无裂隙斜坡,发育圆柱形树冠乔木时其稳定性系数下降程度最大,圆台形树冠次之,圆锥形树冠最小。研究结果可为台风等极端强对流天气下富乔木坡地浅层滑坡机制解析和预警预报研究提供参考。
(1)台风携带的强降雨入渗时,由于乔木的风振作用在坡体表面形成裂隙优先渗流通道,裂隙斜坡的雨水入渗速度明显快于无裂隙斜坡,其达到饱和状态所需的时间较无裂隙斜坡显著缩短。
(2)裂隙斜坡和无裂隙斜坡的稳定性系数随着风速的增加表现出相同的下降趋势,整体上各风速下裂隙斜坡的稳定性系数明显小于无裂隙斜坡。此外,裂隙斜坡失稳时的风速要明显小于无裂隙斜坡。
(3)无论裂隙斜坡还是无裂隙斜坡,发育的乔木类型不同,其稳定性系数降低的程度有较大差别。具体为:发育圆柱形树冠乔木的斜坡其稳定性系数下降程度最大,圆台形树冠次之,圆锥形树冠最小。需要说明的是,尽管本文建立了台风风荷载和裂隙优先流耦合作用下富乔木斜坡稳定性计算的力学模型,并从静力学角度定量分析了台风荷载对乔木斜坡稳定性的影响规律,但台风作用于乔木而引起的根系与其周围土体相互作用机制非常复杂,如何将这种相互作用引入斜坡稳定性评价仍需进一步研究。