第 34 卷第 5 期 2013 年 5 月 岩 土 力 学 Rock and Soil Mechanics Vol.34 No. 5 May 2013 文章编号：1000－7598 (2013) 05－1360－07 强降雨条件下气压对滑坡延时效应研究 韩同春 1, 2，马世国 1, 2，徐日庆 1, 2 （1. 浙江大学 滨海和城市岩土工程研究中心，杭州 310058；2. 浙江大学 软弱土与环境土工教育部重点实验室，杭州 310058） 摘 要：在强降雨入渗条件下，浅层边坡土体中的气体可能被封闭，孔隙气压力在封闭条件下随着雨水的入渗不断增加。结 合湿润峰面受力分析对封闭气体压力的物理意义进行了说明，通过考虑简化的气阻入渗模型，对比经典的 Green-Ampt 入渗 模型，研究了气压对入渗率和下移的湿润峰的影响。应用该入渗模型，对下部为基岩的大面积浅层边坡雨水入渗过程以及边 坡稳定性进行分析。研究表明，封闭气压显著降低了边坡体内雨水的入渗率，对安全系数的降低具有明显的延时性，这进一 步揭示了部分地区雨后滑坡频繁发生的重要原因。因此，考虑封闭气压对大面积边坡降雨安全预报具有重要意义。 关 键 词：封闭气体压力；降雨入渗；边坡稳定；延时效应 中图分类号：TU 441 文献标识码：A Research on delayed effect of landslides caused by air pressure under heavy rainfall HAN Tong-chun1, 2，MA Shi-guo1, 2，XU Ri-qing1, 2 （1. Research Center of Coastal and Urban Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China; 2. Key Laboratory of Soft Soils and Geoenvironmental Engineering, Ministry of Education, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China） Abstract: Under the intense rainfall infiltration, the air in the shallow slope is likely to be confined, and the pore air pressure in air-confining condition increases constantly as the infiltration of rainfall. The physical meaning of the air-closing pressure is illustrated through the force analysis of the wetting front. Compared with the classical Green-Ampt infiltration model, the simplified infiltration model considering the air pressure is used to study the effects of air pressure on the infiltration rate and the moving wetting front. Then the infiltration process and stability analysis of a large area of shallow slope with bedrock beneath is studied through the simplified infiltration model. The results show that the air pressure in the air-confining condition reduces the infiltration rate and the safety factor remarkably, which could also reveal the reason that why some areas had frequent landslides after the rainfall. So considering air pressure for landslide forecasting is greatly significant. Key words: air-closing pressure; rainfall infiltration; slope stability; delayed effect 1 引 闭气体压力的影响。 言 天然边坡大多为非饱和土坡，而降雨入渗是非 饱和土边坡产生滑坡的重要因素[1]。降雨影响边坡 的稳定性，其影响主要包括以下几个方面：①雨水 入渗产生暂态饱和区，土体重度增加，下滑力增加； ②湿润区土体的基质吸力降低；③雨水对岩土体的 软化作用，使岩土体黏聚力和内摩擦角降低。目前， － 针对上述几个方面的研究较多[2 6]。然而对于下部 为基岩的大面积浅层边坡或者地下水位较浅的边 坡，瞬时强降雨条件下，雨水入渗过程中还存在封 雨水入渗过程中，当土体内气体不易排出时， 必然产生气体压力。国内外学者在这方面做了不少 研究，Hammecker[7]和 Latifi[8]等通过大量的试验研 究表明，入渗时湿润区下部气体会被压缩，尤其 Latifi 等[8]进行的双层土的一维入渗试验，结果显示 双层土气压的增加比单层均质土更加显著；李媛农 － 等[9 11]为揭示土壤空气在入渗过程中的减渗效应， 采用室内垂直一维积水入渗试验研究气阻变化的规 律，认为禁锢土壤气压力为表面积水深和湿润峰深 度综合作用的结果，并通过试验结果拟合得到了入 收稿日期：2012-03-11 基金项目：国家自然科学基金项目(No. 51178423)。 第一作者简介：韩同春，男，1969 年生，博士，副研究员，主要从事边坡稳定方面的研究工作。E-mail: htc@zju.edu.cn 第5期 韩同春等：强降雨条件下气压对滑坡延时效应研究 1361 渗稳定后气体压力的形式；Wang 等[12]通过试验提 压变化关系，与 Peck[13]的观点一致，认为水流入渗 出气 体封闭时 土体内气 压变化关 系，并证 实了 过程中，土体内的气体压力水头 haf 存在两个临界 [13] 的推断，认为水体入渗过程中，土体内的气 值。当土体内气压升高至上临界值时，气体突破上 体压力头 haf（超过大气压那部分压力值）存在两个 部 土 体 而 排 出 ， 称 为 气 体 突 破 压 力 Hb w 临界值。然而这些研究大多针对田间灌溉和雨水入 （air-breaking value），Hb 为气体突破压力水头；而 渗当中的封闭气体压力。对于大面积浅层边坡强降 当压力减小至下临界值时，排气通道重新被水封闭， 雨条件下的雨水入渗同样会产生封闭气体压力，而 称为气体闭合压力 Hc w （air-closing value），Hc 为 这种封闭气体压力不仅对雨水在边坡中的入渗具有 气体闭合压力水头，二者表示如下： Peck 减渗效应，而且在一定时间内将会延迟边坡产生滑 （2） H b z h0 hab 坡的可能性。 据笔者所知，由于目前对湿润峰处封闭气体排 式中： h0 为坡面积水水头； hab 为土体的进气值水 出过程的规律性缺乏认识，现有的雨水入渗模型当 头，即为 Latifi 在文献[8]中所提到的 He；z 为湿润 中大多没有考虑土壤封闭气体压力。因此，在前人 峰的深度，假设湿润峰近似水平，且有 研究的基础上， 对封闭气体排出过程进行受力分析， 并将 Wang 等[14]1998 年提出的考虑气压的入渗模型 进行简化，应用到边坡的降雨入渗过程中，结果显 示，大面积强降雨条件下封闭气压对滑坡产生明显 式中：hwb 为土体的进水值水头。 Wang 等[14]通过收集大量试验数据，总结出 hab 和 hwb 的相互关系，可由 hwb=hab/ 2 来评估，对 的延时效应。 2 （3） H c z h0 hwb 于砂性土， =0～2 cm；壤土， =2～5 cm；黏性 考虑封闭气体压力的入渗模型 土 =8～10 cm。鉴于以上各学者对气压所作的分 析，本文在 Wang 研究的基础上对气压作如下分析。 2.1 封闭气体压力的研究 Latifi[8]进行了双层土的一维入渗试验，结果显 在雨水入渗过程中，当表面积水后，湿润峰处 示，双层土封闭时气压的增加比单层均质土更加显 的气体处在一个建立平衡和打破平衡的循环过程， 著，并认为双层土内气体压力与双层土的渗透系数、 同时气压伴随着表面积水水头和湿润峰深度的增加 土体进气值以及封闭的深度有关，之后的分析得出， 气体的最大压力减去突破压力等于大气压加上相应 土体的进气值(Hat+He) w ，Hat、He 分别为大气压力 水头和土体的进气值水头， w 为水的重度。气体突 破后压力降为(Hat+d ) w ，d 为某一水头数值，但是 而增加。这里只分析气体突破过程，取入渗土体剖 面湿润峰处某一微段如图 1 所示，假设湿润峰处土 体颗粒和孔隙均匀分布。为直观反映受力情况，图 中取湿润峰处某一点作放大处理后， 水-气分界面受 力情况显示于图中。 文中并没有给出 d 值大小的具体表达形式。 ua －10] 李援农等[9 对均质土壤积水入渗的气阻变化 规律进行研究，讨论了气阻对入渗速率的影响，利 用自制的一维入渗仪对禁锢土壤空气进行研究，认 土颗粒 h0 地表 zf 为禁锢土壤空气压力为土壤表面积水深度 H 与湿润 水-气分界面 ua +haf 层 zf 综合作用的结果，入渗稳定后该压力的大小为 a 2.1H （1） 式中：a 为禁锢土壤空气压力水头。Green 等[15]将 a 引入到 Green-Ampt 模型。 但该压力形式为试验数据拟合得到，且认为气 体压力最终稳定为一定值，形式上只与表面积水深 有关，没有考虑到土壤孔隙大小和湿润峰的深度等 因素。在不同的土质和试验条件下，适用性有待验 证。 Wang 等[12]通过试验提出气体封闭时土体内气 ua +haf 放大后 图 1 湿润峰面受力示意图 Fig.1 Sketch of force on wetting front 气体要想排出土体，需要穿过土体颗粒之间的 孔隙。以气-水分界面为研究对象，气体必然要克服 四部分作用：①该微段处气-水分界面水膜的平均张 力水头 h；②湿润峰深度的位置水头 zf；③土体表 面积水水头 h0；④土体积水面上部的大气压力 ua。 岩 1362 土 假设该微段为单位宽度 1，气体压力水头 haf 必有以 下关系式： 力 学 2013 年 在常水头入渗时，从该式看出，封闭气体的平 均气压力与湿润峰深度呈线性变化，并不是某些文 ua ua haf 1 z h0 h 1 w w 献中所提到的趋于一稳定值。 （4） 2.2 Green-Ampt 入渗模型 对于饱和土的渗流问题，通常可用 Darcy 定律 式中：haf 为超过大气压力那部分压力水头；ua 为大 气压力，一般情况下可取 0；h 为某微段处水膜的平 进行求解， 无需考虑土体基质吸力以及气压的作用。 均张力水头，与孔隙尺寸有关。对式（4）化简，得 Richards 方程来进行描述较为精确，但由于其模型 haf z h0 h （5） 上式与 Wang 等 [14] 得到的气压表达式极为相 似，从式（5）可知，气压与湿润峰的深度和表面积 水深有关，同时气压力还与湿润峰处水膜的张力有 关，而张力与孔隙尺寸相关。因此，从本质上来说， 土体颗粒的孔隙尺寸在一定程度上决定着气压力的 对于非饱和土的渗流问题，则变得较为复杂，用 表述形式复杂，而且需要土壤水分运动参数，其求 解必须采用解析法或者数值法，不便应用于实际的 入渗过程分析。 为寻求一个能够表述土壤入渗特性较为简单的 形式，Green 和 Ampt[15]提出了经典的 Green-Ampt 入渗模型，又称为活塞模型（或打气筒），模型如下： z h0 h wf iw K s f zf 大小，这点反映在 h 的大小上，该值在气体排出过 程中，随水膜半径的减小而不断增加。当水膜半径 （9） 减小为颗粒之间的孔隙直径时（达到最小值），此时 式中：iw 为入渗率；Ks 为饱和渗透系数；hwf 为湿润 气压水头 h 部分达到最大值，即为 Wang 所定义的 锋处负压水头，角标“f”表示湿润峰；zf 为湿润锋处 进气值水头 hab，h =hab。 的深度。 气泡排出瞬间，气体压力降低极为迅速，相对 － 14] 气压增加过程时间较短[12 Gree-Ampt 入渗模型最初仅适用于研究前期干 。气压水头 h 部分迅速 燥的均质土。它假设湿润深度为一条概化的湿润峰 降低到一最低值，Wang 等[14]认为，这一最低值为 面；土体气体与大气连通，水体自由入渗；湿润峰 进水值水头 hwb，且该值大于 0，水体开始穿过颗粒 以上为饱和土体。对于无限均质土，由上述模型进 之间的孔隙进入下部。这样气压力头 h 部分在 一步可得累计入渗量 F 为 hwb≤h≤hab 范围内不断地进行着增大和减小的循 F z f 环过程。 因此，整个土体下部的封闭气压力头 haf 主要 式中： 为湿润区湿润前后含水率差。 由 3 个因素决定：①表面积水深，②湿润峰深度， 湿润峰随时间的函数关系为 ③孔隙尺寸分布。 由上述分析可知，由于气压力头 h 部分在一定 t 范围内不断循环变化。因此，为了寻找一个可以较 好地评价气阻大小的参数，取 h 平均值来进行研究， 即令 h hwb h ab （6） 2 将 Wang 等 [14] 总结的关系式 hwb=hab / 2 代入 式（6），得到 h （10） Ks z f h0 hwf z f h0 hwf ln h0 hwf （11） 该模型类似于 Darcy 定律，形式简单。然而该 模型是建立在水体自由入渗的条件下，湿润区上部 和下部气压均为大气压力，模型分子中无法体现封 闭气压的影响，当研究土体大面积入渗或者流水推 进速度较快时，土壤内空气经常来不及排出，在这 种条件下该模型应用受到一定的限制。 hab hwb 3 hab 2 4 2 （7） 对于土体某湿润峰处同一水平，由于各点孔隙 尺寸的不同，土体内封闭气体某一时刻的平均气压 力水头 haf 可近似地表示为 3 haf z h0 hab 4 2 2.3 考虑封闭气压的入渗模型 由于经典的 Green-Ampt 入渗模型当中没有考 虑封闭气压的影响，而对于非饱和土气压与基质吸 力存在以下形式： hcf haf hwf （8） 将式（12）作相应转化，得 （12） 第5期 韩同春等：强降雨条件下气压对滑坡延时效应研究 hwf haf hcf （13） 将式（13）代入到式（9），即得到考虑封闭气 压的 Green-Ampt 入渗模型为 z h0 hcf haf iw K s f zf 1363 易产生封闭气泡，从而降低了湿润区的饱和度，渗 透系数也明显降低。Bouwer[16]建议，在封闭气泡的 影响下采用有效渗透系数 Kc 代替，Kc 取相应土体 饱和渗透系数 Ks 的 1/2，Vachaud[17]和 Touma [18]等 （14） Wang 等[12]认为，应把入渗过程分为两个阶段： 的试验数据也验证了这一点。因此，将 Kc 代入到 ， 得到修正形式： K K c hab 4 s hab 4 4 8 阶段一，气体被压缩。降雨初始，土体表面瞬间饱 和，气体被封闭，随着压缩不断增大，此阶段无气 （19） 对于均质土的垂直一维入渗，某一时刻湿润峰 深度 zf 有下列水量平衡关系： 泡排出，直到 t0 时刻气压 haf 达到气体突破压力头 i w dt dF dz f Hb，即 Hb=zf +h0+hab，hcf =hab，将二者代入式（14）， （20） 得到入渗率 iw =imin=0，气泡在湿润峰处逐渐形成 式中： s.c i ，为考虑封闭气泡时的湿润区 （Wang 对不同的土质汇总分析表明，t0 值很小，可 含水率 s.c （角标“c”表示下部气体封闭）与初始含 忽略，因此 t0 前的入渗过程不再作分析）。阶段二， 水率 i 之差。将式（18）代入到式（20），得 气泡排出。由于在多孔介质空气的传导性比水的传 dt dz f zf 导性要好，t0 时刻后，气压迅速降低到最低值，Hc = zf +h0 + hwb，而此时湿润峰处基质吸力降低缓慢大小 （21） 结合边界条件，t=t0 ≈0，zf →0（zf 趋向于 0）， 依然为 hab，将二者代入式（14）得到此刻的入渗率 可得到考虑气阻的均质土一维垂直入渗 zf -t 关系为 iw=imax，可得 i max K s hab hwb zf （15） zf 体压力 h 部分不断在进气值 hab 和进水值 hwb 之间波 1 iw 动，入渗率也做相应的变化（imin≤iw≤imax）。假定 气泡排出前后短时间内入渗率 iw 线性变化，t0 后土 F 2 t （16） 由上式可知，t0 后入渗率的大小与积水深 h0 无 关。将关系式 hwb =hab/ 2 代入式（16），可得 iw K s hab 4 4 zf （17） （23） （24） 当一个地区大面积强降水或者田间流水速度推 进较快时，下部气体被封闭，只要给定已知的物理 参数，就可以由式（22）～（24）求得适合于均质一 维入渗条件下任意时刻湿润峰的深度、入渗率大小 以及入渗的水量等数值信息。对于大面积边坡的强 降雨入渗，气体也存在不易排出的情形，封闭气压 对边坡的入渗同样具有阻碍作用，而湿润峰下移的 简化式（17）可得 iw zf 1 t 2 2 某一时刻的累计入渗量 F 由式（10）变为 体入渗率的平均值为 iw=（imin+imax）/2，即 K s hab h wb 2 zf （22） 入渗率 iw 与时间 t 的关系为 随着气泡的排出和湿润峰的不断下移，封闭气 iw 2 t 速度影响边坡稳定性变化的快慢，滑坡发生的时间 （18） Ks hab 4 ，为一常量。由于渗透系 4 数和进气值均与土壤的孔隙尺寸分布有关，因此， 式中： 土体气压封闭后，该常量主要由土壤孔隙尺寸分布 决定。 由于在强降雨或者流水推进较快时，湿润区容 就会不同。因此，该模型同样可以为边坡降雨安全 预报提供有用的参考资料。 3 入渗模型验证与分析 3.1 算例分析 为研究入渗过程中封闭气压的减渗效应以及验 证模型的有效性。本算例采用 Wang 等[12]进行的砂 土的室内一维入渗试验，分别对容器下部进行气体 岩 1364 土 力 学 2013 年 封闭和不封闭两种情况处理， 研究气体的减渗效应。 较长。因此，封闭气压大大降低了雨水在土体内的 土柱高 45 cm，直径为 8.6 cm，积水水头为 5 cm， 入渗率。 为气体在封闭与不封闭下湿润区含水率差，参数具 60 体数值见表 1。 1—未封闭试验曲线 2—封闭试验曲线 3—GA 模型模拟曲线 4—本文模型模拟曲线 iw /(mm/min) 50 表 1 非饱和土物理计算参数 Table 1 Physical parameters of unsaturated soil 类别 Ks /(cm/min) a m hab /cm 封闭 1.53 0.053 0.705 0.29 21 不封闭 1.53 0.053 0.705 0.33 40 30 3 20 1 10 21 注：a 和 m 为常数。 2 4 0 0 10 20 30 40 50 60 t /min 3.2 试验结果与模型对比分析 图 3 渗透率 iw 与时间 t 的变化曲线 Fig.3 Infiltration rate-time curves 图 2 显示了试验与模型所得到的湿润峰变化曲 线。从图中可以看到，试验数据与模型吻合较好。 气压对滑坡延时效应分析 曲线 1 为下部气体可自由排出时的入渗曲线，此时 4 内部气压为大气压力，因此，水体在约 5 min 的时 间到达底部，与 Green-Ampt 模型计算得到的结果 4.1 非饱和土边坡稳定性分析 在降雨入渗条件下，非饱和土边坡发生浅层破 （曲线 3）基本一致。而当容器下部封闭时，湿润 坏最为常见，且多为平行于边坡表面破坏[19]。对于 峰下部气压不再是大气压力，随着湿润峰的下移， 大面积无限长边坡，在降雨入渗条件下由于湿润峰 气压逐渐增加，湿润峰下移速度明显减小。曲线 2 处基质吸力的降低，最危险面往往发生在湿润峰处。 和曲线 4 显示水体到达底部需要约 52 min 的时间， 而对于大面积下部为基岩的浅层边坡，由于降雨引 因此，在雨水入渗时，对于大面积强降雨条件下土 起下部气压的增加，降低了雨水的入渗率，边坡在 体内部气体较难排出时，必须要考虑气压对入渗的 湿润峰处的安全系数随着时间的减小也会变慢，也 影响。 就是说，由于气阻的产生，发生滑坡的时间将推迟。 图 4 所示边坡示意图。湿润峰处安全系数可由 0 1—未封闭试验曲线 2—封闭试验曲线 3—GA 模型模拟曲线 4—本文模型模拟曲线 zf /cm 10 20 湿润区总的抗滑力与下滑力之比来求解，湿润峰处 抗滑力采用非饱和土的抗剪强度公式求解，下滑力 即为湿润区土体的重度沿坡面的分量，即根据非饱 和土摩尔-库仑失效准则[20]和极限平衡法得到边坡 30 4 40 1 2 3 50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 稳定安全系数如下形式： b f c n u a tan (u a u w ) tan Fs m m （25） t/min 地表 图 2 湿润峰深度 zf 与时间 t 的变化曲线 Fig.2 Depth-time curves of wetting front 图 3 为土体的入渗率变化曲线。从图上可以看 出，在 0～5 min 的时间段内，土体气体在封闭和不 封闭两种条件下入渗率降低的幅度明显不同。当下 部气体可自由排出时，试验数据和 Green-Ampt 模 降雨 W h0 L n zf m uw, ua 基岩 型得到的结果均显示入渗率较大。结合图 2 可知， 水体在没有气阻的作用下，短时间内到达土柱底部。 而曲线 2 和曲线 4 为考虑气阻的情况，在同一时刻 入渗率相对较小，水体入渗到达底部所需时间相应 图 4 下部为基岩的浅层边坡分析图 Fig.4 Sketch of shallow slope seated on bedrock 第5期 韩同春等：强降雨条件下气压对滑坡延时效应研究 式中： f 为非饱和土抗剪强度； m 为一点的下滑力； n 为失效斜面上正应力； c 、 分别为土的有效 1365 居住区域，在强降雨条件下，可以有效地利用延迟 的时间对危险边坡进行加固处理。 b 黏聚力和内摩擦角； 为抗剪强度随基质吸力变化 的吸力摩擦角；ua 为大气压力；(ua- uw)为土体湿润 峰处的基质吸力值。由于湿润区土体饱和，湿润峰 处非饱和土抗剪强度采用有效正应力计算，因此有 Fs 以下关系： n t w z f cos 2 m t z f cos sin （26） 式中： t 为土的饱和重度； 为边坡倾角。 （27） t z f cos sin 将式（22）代入到上式，可得到气阻影响下随 着时间 t 变化的安全系数。 为验证入渗过程中封闭气压对边坡产生滑坡的 延时效应，假设有一无限长浅层边坡，上覆 L =45 cm 厚的风化土层（砂性土） ，下部为不透水基岩层，边 坡角度为 33.7°（高宽比为 1:1.5），如图 4 所示。渗 流参数采用表 1 砂土数据，由于边坡的入渗过程分 析和稳定分析可以分开进行研究，砂土黏聚力一般 为 0，对于风化土黏聚力一般较小，因此，对稳定 性参数取值如表 2 所示。降雨引起边坡 5 cm 高的平 行于坡面的水头。 表 2 非饱和土力学计算参数 Table 2 Mechanical parameters of unsaturated soil c'/kPa ′ /(°) b/(°) t /(kN/m3) 3 25 10 20 2 1 10 20 30 40 50 60 t/min 图 5 边坡安全系数 Fs 与时间 t 的变化曲线 Fig.5 Curves of slope safety factor and time 边坡在湿润峰处的安全系数表示为 Fs 1—GA 模型 2—本文模型 0 暂不考虑气压对稳定性的影响，在强降雨条件 下，假定湿润区土体饱和，基质吸力为 0，因此， c t w z f cos 2 tan 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 5 结 论 （1）通过对国内外有关雨水入渗时下部存在封 闭气体压力的研究，分析了在强降雨条件下或者农 田灌溉推进较快时湿润峰处封闭气压的形成过程。 以湿润峰处气-水分界面为研究对象，研究表明，封 闭气体压力与表面积水深、湿润峰深度和孔隙尺寸 分布有关，并且由于土壤的多孔性，导致了封闭气 压在随着湿润峰下移不断增加的同时，气压力头 h 部分不断地在进气值和进水值之间变化。 （2）降雨入渗条件下，边坡在湿润峰处安全系 数的降低表现为基质吸力的降低或者消失，但当存 在封闭气压时，现有的大多入渗模型很难准确地预 测入渗过程。本文结合经典的 Green-Ampt 入渗模 型作对比，将简化的考虑气压的入渗模型对边坡雨 水入渗过程进行分析以及稳定性评价。结果表明， 气压对安全系数的降低具有明显的延时效应，对于 一定的地质条件，这将有助于对边坡发生滑坡进行 更为准确的预报，适时采取有效的措施进行治理。 图 5 显示了边坡在湿润峰 zf 处的安全系数随着 时间 t 的变化曲线。曲线 1 是将不考虑气压的 GA 入渗模型引入边坡的稳定性分析当中得到的结果， 当然，现场实际条件与试验室条件相比，气体的密 封性上存在差异，还需进一步的研究和探讨。 参 考 文 献 可以看到，当气体自由排出时，随着湿润峰的快速 下移，边坡安全系数迅速降低到危险点；曲线 2 考 虑了下部为基岩，气体在有限的深度内被封闭且不 [1] 断地被压缩，气压增大，导致湿润峰下移的速度大 [2] 陈祖煜. 土质边坡稳定分析:原理、方法、程序[M]. 北 京: 中国水利水电出版社, 2003. 朱伟, 陈学东, 钟小春. 降雨入渗规律的实测与分析[J]. 大降低，边坡在湿润峰处安全系数减小的速率也在 降低。该曲线显示，当时间轴达到约 52 min 时，边 ZHU Wei, CHEN Xue-dong, ZHONG Xiao-chun. 坡的安全系数才达到危险点。对比曲线 1 可知，气 Observation and analysis of rainfall infiltration[J]. Rock 压对边坡安全系数的降低具有明显的延时效应，推 迟了滑坡发生的时间。对于临近大面积危险边坡的 and Soil Mechanics, 2006, 27(11): 1873－1879. 岩土力学, 2006, 27(11): 1873－1879. [3] 韩同春, 黄福明. 双层结构土质边坡降雨入渗过程及 1366 [4] 岩 土 －45. in soil[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2005, HAN Tong-chun, HUANG Fu-ming. Rainfall infiltration 36(6): 733－736. process and stability analysis of two-layered slope[J]. [11] 李援农, 林性粹. 均质土壤积水入渗的气阻变化规律 Journal of Zhejiang University (Engineering Science), 及其影响[J]. 土壤侵蚀与水土保持学报, 1997, 3(3): 51 2012, 46(1): 39－45. －54. 周家文, 徐卫亚, 邓俊晔, 等. 降雨入渗条件下边坡的 LI Yuan-nong, LIN Xing-cui. Regularity of the soil 稳定性分析[J]. 水利学报, 2008, 39(9): 1066－1073. air-resistance ZHOU Jia-wen, XU Wei-ya, DENG Jun-ye, et al. water-accumulated infiltration in the homogenous soil[J]. Stability analysis of slope under the condition of rainfall Journal of Soil Erosion and Soil and Water infiltration[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2008, Conservation, 1997, 3(3): 51－54. and its influences under [12] WANG Z, FEYEN J, VAN GENUCHTEN M T, et al. Air entrapment 流模型研究[J]. 水利学报, 2007, 38(2): 150－156. instability[J]. Water Resources Research, 1998, 34(2): SUN Dong-mei, ZHU Yue-ming, ZHANG Ming-jin. 213－222. effects on infiltration rate and flow Water-air two-phase flow model for numerical analysis of [13] PECK A J. Moisture profile development and air rainfall infiltration[J]. Journal of Hydraulic Engineering, compression during water uptake by bounded porous 2007, 38(2): 150－156. bodies: 2. Horizontal columns[J]. Soil Sciences, 1964, 99(5): 327－334. [14] WANG Z, FEYEN J, NIELSEN D R, et al. Two-phase QIAN Ji-yun, ZHANG Ga, ZHANG Jian-min. Centrifuge flow infiltration equations accounting for air entrapment model tests for deformation mechanism of soil slope effects[J]. Water Resources Research, 1997, 33(12): during rainfall[J]. Rock and Soil Mechanics, 2011, 32(2): 2759－2767. 398－416. [15] GREEN W H, AMPT G A. Studies on soil physics: Flow HAMMECKER C, ANTONINO A C D, MAEGHT J L, of air and water through soils[J]. Journal of Agricultural et al. Experimental and numerical study of water flow in Sciences, 1911, 4(1): 1－24. soil under irrigation in Northern Senegal: Evidence of air [16] BOUWER H. Rapid field measurement of air-entry value entrapment[J]. European Journal of Soil Science, 2003, and hydraulic conductivity of soil as significant 54(3): 491－503. parameters in flow system analysis[J]. Water Resources LATIFI H, PRASAD S N, HELWEG O J. Air entrapment Research, 1966, 2(4): 729－738. and water infiltration in two-layered soil column[J]. [9] change 孙冬梅, 朱岳明, 张明进. 降雨入渗过程的水-气二相 心模型试验研究[J]. 岩土力学, 2011, 32(2): 398－416. [8] 2013 年 unsaturated infiltration affected by air pressure entrapped [6] 钱纪芸, 张嘎, 张建民. 降雨条件下土坡变形机制的离 [7] 学 稳定性分析[J]. 浙江大学学报(工学版), 2012, 46(1): 39 39(9): 1066－1073. [5] 力 [17] VACHAUD G, GAUDET J P, KURAZ V. Air and water Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 1994, flow during ponded infiltration in a bounded column of 120(5): 871－891. soil[J]. Journal of Hydrology, 1974, 22(1－2): 89－108. 李援农, 吕宏兴, 林性粹. 土壤人渗过程中空气压力变 [18] TOUMA J, VACHAUD G, PARLANGE J Y. Air and 化规律的研究[J]. 西北农业大学学报, 1995, 23(6): 72 water flow in a sealed, ponded vertical soil column: －75. Experiment and model[J]. Soil Science, 1984, 137(3): LI Yuan-nong, LÜ Hong-xing, LIN Xing-cui. Regularities 181－187. of air pressure changes in soil infiltration[J]. Journal of [19] FREDLUND D G, RAHARDJO H. Soil Mechanics for the Northwestern Agricultural University, 1995, 23(6): unsaturated soils[M]. New York: Wiley Interscience, 72－75. 1993. [10] 李援农, 费良军. 土壤空气压力影响下的非饱和入渗 [20] FREDLUND D G, MORGENSTERN N R, WIDGER N 格林-安姆特模型[J]. 水利学报, 2005, 36(6): 733－736. R. The shear strength of unsaturated soil[J]. Canadian LI Yuan-nong, FEI Liang-jun. Green-Ampt model for Geotechnical Journal, 1978, 15(3): 313－321.