期刊：Natural Hazards and Earth System Sciences
作者：Jiao Wang, Zhangxing Wang, Guanhua Sun, and Hongming Luo
年份：2024
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摘要
在当前全球气候变化的背景下，地震和极端降雨等地质灾害对区域稳定构成严重威胁。本文研究了地震作用下的三维边坡动力模型，推导了渗流和地震作用下渗流力的计算和滑面法向应力的表达式，并提出了一种严格的整体分析方法来求解降雨和地震共同作用下边坡的安全系数。通过两个经典算例验证了该方法的准确性和可靠性。最后，分析了三峡库区某工程降雨条件下土体渗透系数、孔隙率和饱和度对边坡稳定性的影响。研究了降雨和地震共同作用下边坡的安全演化。结果表明，在降雨条件下，孔隙率对安全系数的影响较大，而渗透系数和饱和度的影响相对较小。随着水平地震系数的增加，边坡的安全系数显著降低。地震对边坡稳定性的影响明显大于降雨。垂直地震作用垂直向下时的相应安全系数小于垂直向上时的安全系数。当同时考虑水平和垂直地震效应时，边坡稳定性较低。
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图表
图：考虑降雨后水位上升的微分土条简化受力图
图：作用在滑动体中垂直圆柱体上的受力示意图
图：三峡库区Woshaxi地质调查图
图：仅考虑降雨作用下卧沙溪滑坡的安全系数：（a）不同渗透系数；（b）不同孔隙率；（c）不同饱和度
图：考虑水平地震-降雨联合作用下卧沙溪滑坡的安全系数：（a）不同渗透系数；（b）不同孔隙率；（c）不同饱和度
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结论
本文对渗流力的计算进行了研究；推导了渗流力和地震力作用下边坡滑动面的法向应力表达式。此外，提出了一种同时考虑渗流和地震力的全局分析方法来确定降雨和地震共同作用下边坡的安全系数。结合软件计算和以往结果，通过两个算例验证了该方法的可靠性。
以三峡库区某边坡为例，研究了土体渗透系数、孔隙率和饱和度对边坡稳定性的影响，分析了降雨和地震共同作用下该边坡的安全演化。结果表明，在降雨条件下，潜水面以上土体的孔隙率对安全系数的影响大于渗透系数和饱和度。随着水平地震系数的增加，滑坡的安全系数显著降低，地震对边坡稳定性的影响超过降雨。考虑水平和垂直向上地震作用时，垂直向下地震作用对应的安全系数小于垂直向上的安全系数，边坡稳定性较低。因此，为了确保最大限度的安全，应适当考虑垂直地震作用。
仅考虑降雨时，边坡安全系数为1.04–1.09，使边坡处于不稳定和基本稳定之间。然而，考虑到水平地震活动，边坡安全系数降至0.9左右，并转变为不稳定状态。当考虑垂直地震时，边坡安全系数为1.035-1.075。这表示略微减少，但仍处于不稳定和基本稳定的状态。这表明，与垂直地震影响相比，水平地震影响对边坡稳定性的影响更为显著。当降雨和地震同时作用时，使用所提出的方法计算的安全系数低于1.0，表明边坡可能发生滑坡灾害的不稳定状态。研究结果为边坡稳定性分析和防治提供了科学依据。此外，所提出的方法可以识别滑坡灾害的潜在风险区域，三峡库区的规划者可以更好地考虑这些风险，并采取措施提高水库基础设施的抗震和抗洪能力。
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参考文献
Wang, J., Wang, Z., Sun, G., and Luo, H.: Analysis of three-dimensional slope stability combined with rainfall and earthquake, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 24, 1741–1756, https://doi.org/10.5194/nhess-24-1741-2024, 2024.
