（一） 项目简介
地基极限承载力对于工程的稳定分析至关重要，而实际工程中影响地基承载特性因素众多，尤其是外界降雨作用，导致确定地基承载力时比较复杂、耗时费力。因此，有必要针对降雨条件下基础的地基承载力及破坏模式进行深入研究。地基常位于地下水以上，为非饱和土层，其强度及承载特性受基质吸力影响显著，而降雨入渗将引起基质吸力的减小，进而降低地基极限承载力，严重时诱发地基发生破坏，对工程稳定及安全危害大。本项目将利用人工降雨模型试验分析不同雨强、历时以及雨型下非饱和地基基质吸力的变化过程及变化规律，基于降雨条件下地基极限承载力计算理论，结合基质吸力计算结果，得到不同降雨条件下地基极限承载力的演化规律，阐述降雨对地基强度及承载能力的影响大小及影响程度，为相关工程稳定性分析提供借鉴和参考。
（二） 研究目的
目的在于探究不同降雨条件下地基基质吸力与极限承载力的变化过程及演化规律，为正确评价雨季地基承载性能、及时采取针对性措施防止施工期地基失稳破坏提供一定技术支撑。
（三） 研究内容
1.降雨条件下粉质黏土基质吸力演化规律研究
利用人工降雨模拟试验得出在不同雨强、时以及雨型下（模拟降雨强度取值为1.25mm/h（中雨）、2.5mm/h（大雨）、5mm/h（暴雨），降雨持续时间为12h）粉质黏土土方含水率与基质吸力的变化情况
2.降雨条件下地基极限承载力演化规律研究
在通过人工降雨模拟试验得到粉质黏土土方含水率与基质吸力的变化的数值后，利用降雨条件下地基极限承载力计算理论，在试验数值的基础上得到极限承载力的演化规律。
（四） 国、内外研究现状和发展动态
1.人工降雨模型试验研究现状
人工降雨模型试验是研究降雨条件下土层基质吸力变化规律的方法之一，目前已有大量研究者开展了工作：
詹良通[1]等以湖北昭阳某典型非饱和膨胀土未防护边坡为研究对象，进行人工降雨试验和现场监测，试验对所模拟的降雨雨强大但历时短的降雨对膨胀土边坡整体稳定影响并不明显，而雨强小且历时长的降雨对其稳定不利，监测结果表明：膨胀土的降雨入渗规律及其对含水量、孔隙水压力的影响与土中裂隙密切相关。
Ling[2]等利用室内土工离心机，进行多组不同雨强的离心模型试验，得出了试验边坡在不同雨强下的浸润曲线变化规律和临界破坏高度。
Huat[3]等基于室内模型试验，研究了坡面覆盖（草皮或土工合成材料等）和边坡坡度对降雨入渗和吸力的影响，并与现场降雨入渗试验结果对比，研究表明不同的覆盖物引起雨水入渗的情况不同，随着坡度的增大降雨入渗逐渐减小，在不考虑湿润锋的移动的情况下，坡脚比坡顶入渗更显著。
周中[4]等针对上瑞高速贵州段的某典型土石混合体边坡进行现场监测及人工降雨模型试验，研究结果表明：降雨入渗对土石混合体边坡的变形了以坡面最大，以坡面往破内深部逐渐减小，入渗率随时间增加而逐渐减少，一段时间后稳定。
谢妮[5]等对甘肃平顶某高速公路填方路基边坡进行人工降雨模型试验，同时监测4次降雨试验边坡含水率变化，后期持续一个月监测结果表明：降雨引起表层土体含水率增大同时吸力下降明显，雨水冲刷导致坡面出现冲沟，在持续降雨时土体抗剪强度进一步衰减。
王福恒[6]等设计制作路堤土工模型并利用降雨装置模拟人工降雨，进行不同初始含水率和降雨条件下的黄土边坡湿润锋试验和入渗率试验，分析了降雨历时和不同雨强对黄土路堤边坡安全系数的敏感程度及入渗规律。
丰光亮[7]等针对鄂西恩施地区降雨特征进行分析，并选定6种典型降雨，自行设计室内人工降雨的非饱和土柱入渗试验，通过实测土柱内的含水率变化，来揭示降雨入渗的影响区域，入渗前锋运移规律和降雨历时对入渗规律的影响。
武彩萍[8]等自制人工降雨装置通过室内黄土边坡模型来研究降雨入渗过程中土体的含水率变化规律，研究表明：坡面雨水入渗速率较坡顶更快。
董辉[9]等针对水竹弯隧道旁级配良好的碎石土，通过自制一维渗透仪和边坡模型进行试验降雨入渗，研究该堆积土在降雨条件下的湿润锋变化规律，研究结果表明：坡脚、坡面与坡顶处的入渗速率分别满足线性、对数及指数关系。
田海[10]等利用新型介质雾化喷雾设备模拟降雨，对有无格栅支护措施的松散堆积体边坡做离心模型试验，试验结果表明：降雨开始后的松散堆积体滑坡顶部沉降和坡面处水平位移逐渐增大，而又土工防护格栅支护的边坡在降雨作用下稳定性较好，得出该支护措施是提高堆积体边坡稳定性的有效方法。
由此可见，现有研究利用人工降雨模型试验分析了不同降雨雨强、历时以及雨型下边坡、路基等工程的基质吸力演化规律，表明该方法已经十分成熟，可为本次研究提供技术支撑。
2.非饱和地基极限承载力研究现状
非饱和土的强度与基质吸力息息相关，国内外学者将基于饱和抗剪强度理论的地基极限承载力计算理论，与非饱和抗剪强度理论结合，用于探究非饱和土地基极限承载力计算理论，并取得了丰硕的成果。如：
Vanapalli等[11-12]引入利用土水特性描述的非饱和土强度理论，规定基质吸力计算取值为1.5倍基础宽度范围内应力球的平均基质吸力，拓展太沙基地基极限承载力计算理论，提出了非饱和地基极限承载力计算方法，最后利用沙土地基的室内荷载试验对拓展的计算理论进行了验证。
赵炼恒等[13]根据Fredlund非饱和抗剪强度理论，给出了基质吸力沿深度均匀分布和沿深度线性减小时的多刚性块上限分析法并对非饱和土条形基础竖向极限承载力进行研究。结果表明：土中基质吸力存在所引起的附加抗剪强度使非饱和土地基承载力较饱和土得到了提高；土体内基质吸力分布方式和地下水位高低对条形基础极限承载力影响也较大，地下水位升高导致基质吸力降低，极限承载力减小。
张常光等[14]基于非饱和土双应力状态变量抗剪强度统一解，综合考虑中间主应力、基质吸力和超固结比等影响，推导了非饱和土条形地基太沙基极限承载力解析解，并得出统一强度理论参数、基质吸力和超固结比对承载力的影响规律。
Vahedifard等[15]利用稳定入渗条件下基质吸力解析解预测地基基质吸力分布，结合太沙基非饱和地基极限承载力计算公式，给出了稳定渗流下地基极限承载力计算的方法，并分析了入渗流量、地下水位对地基极限承载力的影响。
谢研[16]则采用有限元分析方法研究了降雨条件下地基基质吸力演变特性，并利用可靠度分析理论进一步探究了其极限承载力变化规律。结果表明：降雨期间，随时间増长，土体基质吸力变小，地基的稳定性变差；降雨结束后，渗流继续进行，基质吸力分布趋于稳定，地基的稳定性变好。
张常光等[17-18]考虑基质吸力均匀分布、线性分布以及雨水入渗下基质吸力线性分布变化时的影响，建立非饱和土条形地基的太沙基极限承载力解答。同时研究了线性吸力和高吸力对地基极限承载力的影响。结果表明：高吸力具有双重影响，线性吸力分布下的地基极限承载力明显小于均布吸力下的地基极限承载力。
金亮星等[19]基于极限分析法，在将地基划分成刚塑性三角形块的基础上，综合考虑地下水位和非饱和土基质吸力的影响，利用内外虚功率相等原理建立极限承载力的求解方程。
陈茜等[20]基于稳态流下吸应力剖面具有明显非线性的特点，补充普朗德尔假定，利用刚体平衡方法，推导了普朗德尔滑动面范围内非饱和土地基的极限承载力计算模型，讨论了地下水埋深和比流量变化对地基极限承载力的影响。结果表明：地基极限承载力随地下水位埋深减小呈先减后增的变化趋势；当滑动土体内吸应力随比流量的增大呈现先增后减的趋势时，地基极限承载力呈现先减小再增大的变化趋势。
由此可见，对于非饱和地基极限承载力计算的理论研究已有很多成果，可为本项目提供借鉴。同时近些年来，研究者已开始关注雨水入渗引起地基基质吸力改变，进而影响地基极限承载力的问题，但对基质吸力分布的求解往往采用复杂的数值计算或简化处理，这不利于准确地求解雨水入渗过程中地基极限承载力，对客观评价雨季地基承载状态造成不便。因此，找出一种适用于客观评价雨季地基承载状态的地基承载力演化规律就显得尤为重要了。
综上所述，人工降雨模型技术和非饱和地基极限承载力计算理论已经成熟，可为本次研究提供借鉴。但降雨入渗下地基基质吸力与极限承载力的演化研究尚少。而利用试验方法监测基质吸力变化，进而结合非饱和地基极限承载力计算理论探究地基基质吸力与极限承载力演化规律的研究尚较少，因此，有必要进一步揭示不同雨强、历时以及雨型下地基基质吸力与极限承载力的演化规律，为地基防灾减灾提供理论支撑。
参考文献
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（五） 创新点与项目特色
1）采用人工降雨模拟试验与非饱和地基极限承载力计算理论结合，提供了一种降雨条件下地基极限承载力演化规律研究的方法。
2）揭示了不同降雨雨强、历时下地基基质吸力与极限承载力的演化规律。
（六） 技术路线、拟解决的问题及预期成果
1.技术路线
1) 人工降雨模型试验
预制0.5mx0.5mx1m的满足初含水率，干密度，压实系数条件的粉质黏土土方，考虑雨型、历时等降雨条件，进行以下四组模型试验，监测含水率及基质吸力的变化情况，确定其含水率及基质吸力的演化规律。
实验根据降雨等级，模拟降雨强度取值为1.25mm/h（中雨）、2.5mm/h（大雨）、5mm/h（暴雨），降雨持续时间为12h。
如表1所示。
表1 降雨强度参数表
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