降雨条件下含近水平弱层边坡的破坏机理物理模型试验研究

滑坡灾害的发生与人类活动及外界环境的变化有密切的联系，在众多诱发边坡失稳的因素中，降雨被认为是主要的诱发因素之一。目前我国煤炭产能的18%来源于露天煤矿，而随着露天矿区开采规模的不断扩大，矿区内土体的自然结构状态也遭到破坏，从而引发一系列问题。露天矿区中边坡体的稳定性对矿区的安全生产具有重要影响，尤其是在锡林郭勒盟、呼伦贝尔盟等地的矿区，其地层主要为新生代和中生代，生成年代较新，岩石强度低，在雨水冲刷与入渗作用下，岩体抗剪强度显著降低，极易导致发生滑坡灾害。

目前对于降雨条件下边坡破坏机理的研究方法主要有物理模型试验、数值模拟研究与理论分析等，陶志刚等通过2组对比模型试验研究发现，在降雨作用下隧道开挖对边坡体稳定性有极大影响，会使得边坡过早失稳。陈林万等研究发现，在降雨条件下不同压实度黄土边坡的破坏模式与初始破坏位置均不同。张天东等对降雨条件下边坡失稳机制进行模型实验研究，提出降雨条件下边坡破坏分为压缩沉降、局部滑移与最终破坏3个阶段。郑云欣等考虑到饱和层渗流和气压对渗透的影响，建立了适用于边坡降雨渗透的改进型SRGA模型并推导了相应的边坡安全系数表达式。田京立通过试验研究发现，边坡的破坏受降雨影响较大，在短时间内降雨强度越大，边坡越容易发生破坏。曲立强等研究降雨强度对边坡稳定性的影响，结果表明增加降雨强度会使边坡从逆向破坏过渡到表面滑动与流动滑动破坏。段广辉等探究不同降雨强度及时间下黄土边坡的稳定性，并发现考虑蠕变效应时部分滑坡深度明显增加。余晖等研究发现边坡失稳的降雨阈值受降雨强度及降雨系数影响，并提出了边坡失稳的降雨阈值。

近年来，学者们对含弱层带边坡的研究逐渐增加，此类边坡失稳受弱层带影响较大，戴章军等对含弱层的边坡进行降雨试验，结果表明降雨会使得弱层强度减弱从而导致其上部坡体发生失稳破坏。李静等研究发现弱层带是边坡的潜在滑动面，且雨水入渗是诱发此类边坡发生滑坡的关键因素。此外弱层带倾角对边坡的稳定也有着重要影响。将边坡按照岩层倾角划分，岩层倾角在5°～15°为缓倾边坡，倾角在16°～35°为中倾边坡，倾角在36°～65°为陡倾边坡，其中近水平岩层边坡倾角不大于10°，属于缓倾边坡的一种。刘杨利用ABAQUS与Geo-Studio软件对近水平弱层边坡在降雨条件下的稳定性进行研究，结果表明边坡稳定性随降雨时间增加而降低，且随着降雨量增加，其稳定性下降趋势明显增快。廖军等采用数值模拟研究雨水入渗对近水平边坡稳定性的影响，并探明降雨条件下边坡的内部渗流规律。邓威等通过对倾角4°的近水平弱层边坡进行降雨模型试验，研究发现持续降雨会使边坡岩体强度弱化并产生裂隙，弱层与坡体裂隙贯通最终导致坡体失稳。

目前对含弱层带边坡的研究中，多数弱层倾角较大，对倾角较小的近水平弱层边坡进行物理模型试验研究较少。笔者以内蒙古宝日希勒露天矿近水平弱层边坡为工程背景，采用物理模型试验与数值模拟方法对露天矿近水平弱层边坡进行研究，试验过程中对模型应力场、渗流场及位移场进行监测，探究降雨条件下近水平弱层边坡的破坏机理，并提出利用NPR锚索对边坡进行加固的方案，通过数值模拟验证方案的可行性，为其他近水平弱层边坡工程提供借鉴经验。