土工织物增强非饱和边坡在骤降条件下的稳定性机制与排水效应研究

推荐：本研究针对气候变化加剧导致的边坡失稳问题，通过结合有效应力B-bar法和有限元法(FEM)分析渗流力，并整合非饱和土力学理论与极限平衡法(LEM)，探究了主次土工织物(PPG/PG)对骤降工况下边坡稳定性的影响。结果表明，兼具排水功能的PG织物通过加速孔隙水压力消散(FS=1.790)显著优于传统PPG(FS=1.439)，为水利工程防灾提供了可持续解决方案。

　　

随着全球变暖加剧极端气候事件，水库骤降引发的边坡失稳已成为威胁基础设施安全的重大隐患。历史上，中国三峡水库2003年水位骤降引发的滑坡造成严重生命财产损失，美国圣路易斯坝1981年事故同样凸显该问题的紧迫性。传统边坡加固方法难以应对骤降导致的孔隙水压力滞后消散问题，而非饱和土力学与土工合成材料协同作用机制尚不明确。

为解决这一难题，研究人员以尼日利亚Awba均质土坝为案例，采用Van Genuchten模型拟合土水特征曲线(SWRC)和水力传导函数(HCF)，结合马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)采样进行贝叶斯概率分析。通过Bishop有效应力B-bar法评估骤降工况，并利用SLIDE V7.0软件进行瞬态渗流有限元模拟，系统比较了聚丙烯土工布(PPG)和透水土工布(PG)在机械加固与排水功能上的差异。

材料与方法
研究选取储水量22.7万m³的Awba坝，其填土摩擦角?′=24°、黏聚力c′=3.8 kPa。通过三轴剪切试验获取CU(固结不排水)强度参数，采用van Genuchten方程表征非饱和区θ_w-ψ关系。主次土工织物设计遵循FHWA规范，其中PG织物平面渗透系数达2.72×10^-3 m/s。

结果与讨论
3.1节显示骤降使无加固边坡FS降至1.124，低于USSD规定的1.3阈值。图12通过楔形/圆弧滑动面联合分析确定临界加固区域，需18m底部+2.7m顶部锚固长度。3.3节发现主次PPG联合使用虽将FS提升至1.321，但非饱和区吸力贡献仅21%，说明织物抗剪应力分配起主导作用。

3.5节的瞬态分析揭示：PPG加固边坡12天后FS为1.439，而PG因加速孔压消散使FS回升至1.790(图23)。值得注意的是，当加固长度超过设计值100%时，FS无明显提升，为工程优化提供依据。

该研究创新性论证了排水功能土工织物的双重效益：既通过拉伸阻力(35.03 kN/m极限强度)增强机械稳定性，又以高渗透性(k_s=7×10^-2 m/s)促进孔压消散。相比传统仅关注抗拉强度的设计，该成果为应对气候不确定性下的边坡工程提供了"加固-排水"一体化解决方案，尤其适用于非洲及东南亚等频发水库调洪灾害的地区。未来研究可结合现场监测数据，进一步验证长期环境因素对织物耐久性的影响。