（一） 項目簡介
地基極限承載力對于工程的穩(wěn)定分析至關重要，而實際工程中影響地基承載特性因素眾多，尤其是外界降雨作用，導致確定地基承載力時比較復雜、耗時費力。因此，有必要針對降雨條件下基礎的地基承載力及破壞模式進行深入研究。地基常位于地下水以上，為非飽和土層，其強度及承載特性受基質(zhì)吸力影響顯著，而降雨入滲將引起基質(zhì)吸力的減小，進而降低地基極限承載力，嚴重時誘發(fā)地基發(fā)生破壞，對工程穩(wěn)定及安全危害大。本項目將利用人工降雨模型試驗分析不同雨強、歷時以及雨型下非飽和地基基質(zhì)吸力的變化過程及變化規(guī)律，基于降雨條件下地基極限承載力計算理論，結合基質(zhì)吸力計算結果，得到不同降雨條件下地基極限承載力的演化規(guī)律，闡述降雨對地基強度及承載能力的影響大小及影響程度，為相關工程穩(wěn)定性分析提供借鑒和參考。
（二） 研究目的
目的在于探究不同降雨條件下地基基質(zhì)吸力與極限承載力的變化過程及演化規(guī)律，為正確評價雨季地基承載性能、及時采取針對性措施防止施工期地基失穩(wěn)破壞提供一定技術支撐。
（三） 研究內(nèi)容
1.降雨條件下粉質(zhì)黏土基質(zhì)吸力演化規(guī)律研究
利用人工降雨模擬試驗得出在不同雨強、時以及雨型下（模擬降雨強度取值為1.25mm/h（中雨）、2.5mm/h（大雨）、5mm/h（暴雨），降雨持續(xù)時間為12h）粉質(zhì)黏土土方含水率與基質(zhì)吸力的變化情況
2.降雨條件下地基極限承載力演化規(guī)律研究
在通過人工降雨模擬試驗得到粉質(zhì)黏土土方含水率與基質(zhì)吸力的變化的數(shù)值后，利用降雨條件下地基極限承載力計算理論，在試驗數(shù)值的基礎上得到極限承載力的演化規(guī)律。
（四） 國、內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)
1.人工降雨模型試驗研究現(xiàn)狀
人工降雨模型試驗是研究降雨條件下土層基質(zhì)吸力變化規(guī)律的方法之一，目前已有大量研究者開展了工作：
詹良通[1]等以湖北昭陽某典型非飽和膨脹土未防護邊坡為研究對象，進行人工降雨試驗和現(xiàn)場監(jiān)測，試驗對所模擬的降雨雨強大但歷時短的降雨對膨脹土邊坡整體穩(wěn)定影響并不明顯，而雨強小且歷時長的降雨對其穩(wěn)定不利，監(jiān)測結果表明：膨脹土的降雨入滲規(guī)律及其對含水量、孔隙水壓力的影響與土中裂隙密切相關。
Ling[2]等利用室內(nèi)土工離心機，進行多組不同雨強的離心模型試驗，得出了試驗邊坡在不同雨強下的浸潤曲線變化規(guī)律和臨界破壞高度。
Huat[3]等基于室內(nèi)模型試驗，研究了坡面覆蓋（草皮或土工合成材料等）和邊坡坡度對降雨入滲和吸力的影響，并與現(xiàn)場降雨入滲試驗結果對比，研究表明不同的覆蓋物引起雨水入滲的情況不同，隨著坡度的增大降雨入滲逐漸減小，在不考慮濕潤鋒的移動的情況下，坡腳比坡頂入滲更顯著。
周中[4]等針對上瑞高速貴州段的某典型土石混合體邊坡進行現(xiàn)場監(jiān)測及人工降雨模型試驗，研究結果表明：降雨入滲對土石混合體邊坡的變形了以坡面最大，以坡面往破內(nèi)深部逐漸減小，入滲率隨時間增加而逐漸減少，一段時間后穩(wěn)定。
謝妮[5]等對甘肅平頂某高速公路填方路基邊坡進行人工降雨模型試驗，同時監(jiān)測4次降雨試驗邊坡含水率變化，后期持續(xù)一個月監(jiān)測結果表明：降雨引起表層土體含水率增大同時吸力下降明顯，雨水沖刷導致坡面出現(xiàn)沖溝，在持續(xù)降雨時土體抗剪強度進一步衰減。
王福恒[6]等設計制作路堤土工模型并利用降雨裝置模擬人工降雨，進行不同初始含水率和降雨條件下的黃土邊坡濕潤鋒試驗和入滲率試驗，分析了降雨歷時和不同雨強對黃土路堤邊坡安全系數(shù)的敏感程度及入滲規(guī)律。
豐光亮[7]等針對鄂西恩施地區(qū)降雨特征進行分析，并選定6種典型降雨，自行設計室內(nèi)人工降雨的非飽和土柱入滲試驗，通過實測土柱內(nèi)的含水率變化，來揭示降雨入滲的影響區(qū)域，入滲前鋒運移規(guī)律和降雨歷時對入滲規(guī)律的影響。
武彩萍[8]等自制人工降雨裝置通過室內(nèi)黃土邊坡模型來研究降雨入滲過程中土體的含水率變化規(guī)律，研究表明：坡面雨水入滲速率較坡頂更快。
董輝[9]等針對水竹彎隧道旁級配良好的碎石土，通過自制一維滲透儀和邊坡模型進行試驗降雨入滲，研究該堆積土在降雨條件下的濕潤鋒變化規(guī)律，研究結果表明：坡腳、坡面與坡頂處的入滲速率分別滿足線性、對數(shù)及指數(shù)關系。
田海[10]等利用新型介質(zhì)霧化噴霧設備模擬降雨，對有無格柵支護措施的松散堆積體邊坡做離心模型試驗，試驗結果表明：降雨開始后的松散堆積體滑坡頂部沉降和坡面處水平位移逐漸增大，而又土工防護格柵支護的邊坡在降雨作用下穩(wěn)定性較好，得出該支護措施是提高堆積體邊坡穩(wěn)定性的有效方法。
由此可見，現(xiàn)有研究利用人工降雨模型試驗分析了不同降雨雨強、歷時以及雨型下邊坡、路基等工程的基質(zhì)吸力演化規(guī)律，表明該方法已經(jīng)十分成熟，可為本次研究提供技術支撐。
2.非飽和地基極限承載力研究現(xiàn)狀
非飽和土的強度與基質(zhì)吸力息息相關，國內(nèi)外學者將基于飽和抗剪強度理論的地基極限承載力計算理論，與非飽和抗剪強度理論結合，用于探究非飽和土地基極限承載力計算理論，并取得了豐碩的成果。如：
Vanapalli等[11-12]引入利用土水特性描述的非飽和土強度理論，規(guī)定基質(zhì)吸力計算取值為1.5倍基礎寬度范圍內(nèi)應力球的平均基質(zhì)吸力，拓展太沙基地基極限承載力計算理論，提出了非飽和地基極限承載力計算方法，最后利用沙土地基的室內(nèi)荷載試驗對拓展的計算理論進行了驗證。
趙煉恒等[13]根據(jù)Fredlund非飽和抗剪強度理論，給出了基質(zhì)吸力沿深度均勻分布和沿深度線性減小時的多剛性塊上限分析法并對非飽和土條形基礎豎向極限承載力進行研究。結果表明：土中基質(zhì)吸力存在所引起的附加抗剪強度使非飽和土地基承載力較飽和土得到了提高；土體內(nèi)基質(zhì)吸力分布方式和地下水位高低對條形基礎極限承載力影響也較大，地下水位升高導致基質(zhì)吸力降低，極限承載力減小。
張常光等[14]基于非飽和土雙應力狀態(tài)變量抗剪強度統(tǒng)一解，綜合考慮中間主應力、基質(zhì)吸力和超固結比等影響，推導了非飽和土條形地基太沙基極限承載力解析解，并得出統(tǒng)一強度理論參數(shù)、基質(zhì)吸力和超固結比對承載力的影響規(guī)律。
Vahedifard等[15]利用穩(wěn)定入滲條件下基質(zhì)吸力解析解預測地基基質(zhì)吸力分布，結合太沙基非飽和地基極限承載力計算公式，給出了穩(wěn)定滲流下地基極限承載力計算的方法，并分析了入滲流量、地下水位對地基極限承載力的影響。
謝研[16]則采用有限元分析方法研究了降雨條件下地基基質(zhì)吸力演變特性，并利用可靠度分析理論進一步探究了其極限承載力變化規(guī)律。結果表明：降雨期間，隨時間増長，土體基質(zhì)吸力變小，地基的穩(wěn)定性變差；降雨結束后，滲流繼續(xù)進行，基質(zhì)吸力分布趨于穩(wěn)定，地基的穩(wěn)定性變好。
張常光等[17-18]考慮基質(zhì)吸力均勻分布、線性分布以及雨水入滲下基質(zhì)吸力線性分布變化時的影響，建立非飽和土條形地基的太沙基極限承載力解答。同時研究了線性吸力和高吸力對地基極限承載力的影響。結果表明：高吸力具有雙重影響，線性吸力分布下的地基極限承載力明顯小于均布吸力下的地基極限承載力。
金亮星等[19]基于極限分析法，在將地基劃分成剛塑性三角形塊的基礎上，綜合考慮地下水位和非飽和土基質(zhì)吸力的影響，利用內(nèi)外虛功率相等原理建立極限承載力的求解方程。
陳茜等[20]基于穩(wěn)態(tài)流下吸應力剖面具有明顯非線性的特點，補充普朗德爾假定，利用剛體平衡方法，推導了普朗德爾滑動面范圍內(nèi)非飽和土地基的極限承載力計算模型，討論了地下水埋深和比流量變化對地基極限承載力的影響。結果表明：地基極限承載力隨地下水位埋深減小呈先減后增的變化趨勢；當滑動土體內(nèi)吸應力隨比流量的增大呈現(xiàn)先增后減的趨勢時，地基極限承載力呈現(xiàn)先減小再增大的變化趨勢。
由此可見，對于非飽和地基極限承載力計算的理論研究已有很多成果，可為本項目提供借鑒。同時近些年來，研究者已開始關注雨水入滲引起地基基質(zhì)吸力改變，進而影響地基極限承載力的問題，但對基質(zhì)吸力分布的求解往往采用復雜的數(shù)值計算或簡化處理，這不利于準確地求解雨水入滲過程中地基極限承載力，對客觀評價雨季地基承載狀態(tài)造成不便。因此，找出一種適用于客觀評價雨季地基承載狀態(tài)的地基承載力演化規(guī)律就顯得尤為重要了。
綜上所述，人工降雨模型技術和非飽和地基極限承載力計算理論已經(jīng)成熟，可為本次研究提供借鑒。但降雨入滲下地基基質(zhì)吸力與極限承載力的演化研究尚少。而利用試驗方法監(jiān)測基質(zhì)吸力變化，進而結合非飽和地基極限承載力計算理論探究地基基質(zhì)吸力與極限承載力演化規(guī)律的研究尚較少，因此，有必要進一步揭示不同雨強、歷時以及雨型下地基基質(zhì)吸力與極限承載力的演化規(guī)律，為地基防災減災提供理論支撐。
參考文獻
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（五） 創(chuàng)新點與項目特色
1）采用人工降雨模擬試驗與非飽和地基極限承載力計算理論結合，提供了一種降雨條件下地基極限承載力演化規(guī)律研究的方法。
2）揭示了不同降雨雨強、歷時下地基基質(zhì)吸力與極限承載力的演化規(guī)律。
（六） 技術路線、擬解決的問題及預期成果
1.技術路線
1) 人工降雨模型試驗
預制0.5mx0.5mx1m的滿足初含水率，干密度，壓實系數(shù)條件的粉質(zhì)黏土土方，考慮雨型、歷時等降雨條件，進行以下四組模型試驗，監(jiān)測含水率及基質(zhì)吸力的變化情況，確定其含水率及基質(zhì)吸力的演化規(guī)律。
實驗根據(jù)降雨等級，模擬降雨強度取值為1.25mm/h（中雨）、2.5mm/h（大雨）、5mm/h（暴雨），降雨持續(xù)時間為12h。
如表1所示。
表1 降雨強度參數(shù)表
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