降雨条件下拓宽路堤稳定性数值分析

基于非饱和渗流理论,在有限差分软件FLAC3D渗流模块的基础上,采用内置FISH语言自编程序实现了降雨条件下拓宽路堤上饱和-非饱和渗流过程的模拟,进而分析了降雨入渗对拓宽路堤孔隙水压力和饱和度的影响,以及土工格栅加筋和填料渗透系数对降雨条件下拓宽路堤稳定性的影响.研究结果表明:降雨初期路堤土体基质吸力迅速降低,边坡最先达到饱和状态,形成暂态饱和区;考虑降雨入渗影响时,拓宽路堤安全系数明显减小,土工格栅加筋可有效减小降雨入渗对拓宽路堤稳定性的影响;新路堤填料渗透系数对降雨条件下拓宽路堤稳定性的影响较大,实际工程中应保证路堤填土的压实度并采取边坡防护措施以减小雨水入渗的影响.     

土水特征曲线形状对降雨条件下土质边坡稳定性的影响研究

土水特征曲线在土质边坡的饱和-非饱和渗流和稳定分析中起着举足轻重的作用。本文运用数值模拟的方法研究了V-G模型中a、n和θr等参数对降雨条件下土质边坡地下水位、孔隙水压力、体积含水率分布的影响,在渗流场计算分析的基础上采用Morgenstern-Price法对降雨条件下边坡的稳定性进行了分析,并从机理上解释了各参数对降雨条件下边坡稳定性的影响。结果表明,a值的增大会导致非饱和土边坡在降雨过程中安全系数的降低速率增大,在降雨结束后安全系数的回升速率增大,n值对边坡安全系数变化的影响主要受初始吸力控制,θr值的增大虽然会导致在降雨过程中安全系数的降低速率增大,但是降雨结束后安全系数回升到稳定的时间减小。     

强降雨条件下考虑渗透力影响的粗粒土高路堤边坡稳定性

为了分析强降雨条件下粗粒土高路堤边坡的稳定性,基于渗透力理论,对边坡在强降雨条件下的二维渗流特性进行计算,然后,通过Fish语言编程,将边坡孔隙水压力和渗透力等渗流参数导入FLAC3D软件中,重点分析渗透力变化对路堤边坡稳定性的影响。研究结果表明:在强降雨条件下,路堤边坡在X方向的渗流梯度在边坡表面及第二级边坡坡脚处表现为正值,坡脚处包络线所包围的正值区域逐渐向边坡内部扩展,边坡坡顶处在X和Y方向的渗流梯度的变化幅度较大;路堤边坡表层孔隙水压力随降雨入渗持续而逐渐增加,随雨水的不断渗出而逐渐减小;路堤边坡坡顶处体积含水率呈现"凸"型分布,边坡纵截面体积含水率呈现"凹"型分布;随着雨水持续入渗,路堤边坡塑性区首先在各级边坡坡脚处及第二级边坡坡脚下方形成,并逐渐沿坡顶方向向边坡内部扩展,形成塑性贯通区;受渗透力的影响,边坡安全系数演变规律分为缓慢上升阶段、缓慢下降阶段、快速下降阶段和缓慢回升阶段。     

连续降雨条件下粗粒土路堤边坡安全系数变化规律

结合工程实际情况及当地气象资料,采用饱和-非饱和渗流理论,对广西六河高速公路某路堤边坡安全系数变化规律进行数值模拟,研究边坡在连续降雨条件下的稳定性,以此来指导路堤边坡坡比设计。研究结果表明,降雨入渗引起路堤边坡坡面以下水位线大幅上升,而对路堤中部地下水位线影响较小;边坡安全系数受边坡坡比、初始地下水位线等因素的影响,在连续降雨条件下,路堤边坡安全系数随边坡坡比的增大而减小,随初始水位线的下降而增大。在进行不同地区的路堤边坡坡比设计时,应结合当地初始地下水位线及实际降雨情况,选择合适的边坡坡比。     

不同降雨类型对粗粒土高路堤边坡稳定性影响分析

为了深入研究不同降雨类型下粗粒土高路堤边坡的稳定性,提出了一种能同时考虑路堤边坡内部饱和度、孔隙水压力及软化效应的稳定性分析方法;拟定了小雨、中雨、大雨以及暴雨4种降雨类型,设定一级坡高8m、二级坡高12m的A类和一级坡高10m、二级坡高10m的B类两类典型边坡,通过分析A,B两类方案填筑的路堤边坡在不同降雨工况下安全系数和塑性区的变化规律,提出了路堤边坡最佳填筑方案,探讨了最佳方案填筑的路堤边坡稳定性。研究结果表明,相同降雨类型下,A类方案填筑的边坡稳定性比B类边坡更好,表明依托工程高路堤边坡最佳填筑方案为A类;降雨0~12h内边坡安全系数下降较快,随着降雨持时的增加,安全系数下降趋势减缓;在相同的降雨持时下,边坡安全系数随着降雨强度的增加而逐渐减小,当降雨强度超出一定范围后,其安全系数下降趋势相差不大;降雨初期,水位线上升较快,但存在一定的滞后性,随着降雨持时的增加,水位线上升速率减慢并呈规律性上升;小雨对边坡塑性区分布影响较大,但随着降雨强度的增加,降雨强度不再是影响边坡塑性区分布的主要原因。     

黄土边坡降雨入渗规律试验

为研究降雨对边坡稳定性的影响,利用人工模拟降雨装置和路堤土工模型,进行了不同初始含水量和不同降雨条件下黄土路堤边坡湿润锋和入渗率的试验,探索了黄土路堤降雨入渗过程,分析了黄土路堤边坡稳定性对降雨历时和降雨强度的敏感程度及入渗变化规律.结果表明:雨水入渗路堤土呈先快后慢的趋势,湿润锋从规则向不规则逐渐转化;入渗率与边坡初始含水量、路基压实度和降雨历时成反比关系,与降雨强度基本无关.     

考虑损伤及非饱和效应的炭质泥岩路堤稳定性分析

为了分析降雨条件下炭质泥岩路堤的稳定性,基于考虑岩土体损伤的Hoek-Brown准则,结合非饱和抗剪强度理论,提出一种考虑损伤及非饱和效应的路堤稳定性分析方法,并利用该方法对算例炭质泥岩路堤的降雨入渗过程及稳定性进行研究。研究结果表明:提出的路堤稳定性分析方法具有较强的针对性和实用性,能够同时考虑损伤及非饱和效应对路堤稳定性的影响;在降雨条件下,边坡表层孔隙水压力变化幅度、暂态饱和区形成范围均与降雨强度、降雨时间呈正比;在降雨过程中,边坡表层孔隙水压力逐渐增大,暂态饱和区自坡面向路堤内部不断延伸,路堤表层及内部塑性区沿坡面及路堤内部不断向坡顶延伸,路堤安全系数逐渐降低;降雨停止后,边坡表层孔隙水压力持续降低,暂态饱和区自上往下逐渐消散,路堤表层及内部塑性区均先增加后减小,路堤安全系数先小幅度降低,后持续增大。     

降雨对炭质泥岩-土分层路堤渗流与变形影响的模型试验

为研究降雨入渗对炭质泥岩-土分层路堤渗流特征与稳定性的影响,基于室内模型试验,利用含水率、张力计、土压力盒等测试元件,开展炭质泥岩-土分层路堤渗流及变形特性对降雨响应的物理模型试验。研究结果表明:在降雨条件下,边坡内部土体含水率(基质吸力)的变化规律可以归纳为基本稳定、快速增长(降低)、缓慢增加(降低)与持续降低(升高)共4个阶段,分层填筑路堤中的低渗透性土层能降低雨水在高渗透性土层中的迁移速率;在降雨过程中,坡体内部土体含水率的升高幅度与高程成反比,含水率的下降幅度与高程成正比,含水率的响应时间、升降幅度与距坡面的距离成反比,基质吸力随时间的变化规律与含水率随时间的变化规律基本相反;降雨开始后,坡脚下部土体应力沿坡体内部水平指向坡面的方向先增大后减小,坡顶水平位移沿坡体内部水平指向坡面的方向、坡顶竖直位移沿竖直向下的方向持续增大,坡脚下部土体应力、坡顶位移的变化与边坡稳定性的变化具有较大的相关性。     

炭质页岩高填方路堤稳定性分析

以广西某高速公路为工程背景,对炭质页岩物理力学性能进行了试验研究.炭质页岩强度随压实度的增加而增大,在水浸条件下炭质页岩的强度大大降低.运用有限元强度折减法,采用大型有限元计算软件分析了压实度及降雨对炭质页岩路堤稳定性的影响.结果表明：随着压实度的提高,路堤安全系数随之增加;降雨使路堤安全系数大幅减低,但只要路堤压实度达到93%以上,炭质页岩高填方路堤边坡不会失稳.     

降雨条件下粗粒土高路堤渗流特性

为了分析降雨条件下粗粒土高路堤的渗流特性,基于饱和-非饱和渗流理论,结合室内试验渗透系数数据与实际气候条件,对算例边坡在设计降雨方案条件下孔隙水压力、体积含水率以及暂态饱和区的变化规律进行研究。研究结果表明:在降雨过程中,一定深度内的边坡表层孔隙水压力与体积含水率逐渐增大;降雨停止后,孔隙水压力与体积含水率才开始沿着坡面向下逐渐恢复到初始状态;当降雨持续5 h时,路堤边坡表层及坡脚水平面会形成一定范围的暂态饱和区;降雨停止4 h后,暂态饱和区面积达到最大值374.5 m2;随着时间持续,暂态饱和区沿路堤边坡坡面迅速消散,暂态饱和区的形成与消散均表现出明显滞后特点;暂态饱和区的扩展深度与降雨时间呈正比例关系;在整个降雨过程中,雨水入渗对路面以下地下水位线影响有限。     

预制基质客土持水与抗侵蚀性能试验研究

高陡岩质边坡的生态防护存在着客土稳定性差、植物生长困难和传统客土喷播初期抗雨水冲刷能力较弱的问题,通过采用具有一定强度的预制客土模块及土工格栅进行边坡绿化支护,可以使得客土层具备良好的持水性和抗侵蚀性,从而适用于高陡岩质边坡的生态防护。本文通过蒸发试验、最大毛细上升高度试验研究了不同配比对客土模块的持水性、毛细性的影响,通过室内人工雨水冲刷试验探究了预制客土模块的抗侵蚀特性。结果表明无论是否掺入泥炭,随秸秆含量的增高黄土含量降低,客土吸水性增加,毛细性变差,同时降低了客土层密度,利于边坡的稳定;泥炭替代部分黄土,客土蒸发速率增强,泥炭的掺入增强了客土的毛细性。预制客土模块在模拟极限降雨条件下,侵蚀量微小,抗侵蚀性能良好。     

降雨入渗对三维刚架桩边坡渗流稳定性的影响

开展降雨入渗对三维刚架桩边坡渗流稳定性影响的数值分析研究,考虑长时小雨及短时强降雨,从土体位移、坡体孔压及边坡稳定性演变角度,重点讨论降雨入渗条件下刚架桩边坡的合理桩间距,以期为雨水充沛的福建山区刚架桩边坡设计提供参考。结果表明：三维刚架桩边坡土体位移受降雨条件影响显著,随着降雨强度和持续时间的增加,土体水平位移和竖向位移依次增加;降雨条件下三维刚架桩边坡坡体内孔隙水压力分布具有明显的时空效应,短时强降雨条件下,坡顶孔压增幅最大,降雨强度的持续增加导致刚架桩边坡安全系数降幅也增大;桩间距对刚架桩边坡的渗流稳定性有显著影响,无降雨时边坡的安全系数随桩间距增大而减小;基于研究区降雨特点及暴雨频次呈现逐年递增现象,应将桩间距设为3倍桩宽,以充分发挥短时大雨情况下刚架桩的抗滑效果。     

降雨作用下第四系堆积体路堤稳定性

满足一般路基要求在稳定的第四系堆积体上的低路堤在运营中出现了变形破坏,以饱和与非饱和渗流理论、FREDLUND非饱和土双应力变量强度理论为基础,建立路堤填筑前后计算模型,分析了四川阆中沟溪村某道路工程一段第四系堆积体路堤填筑前后的稳定性。研究结果显示, 路线通过处第四系堆积体地质条件简单,原始斜坡在最不利的降雨工况下也保持了稳定,路堤填筑高度仅4m,符合一般路基的要求;堆积体路堤在最不利降雨工况下随着降雨过程稳定性系数不断降低,当降雨达到11小时,稳定性系数小于1.0,此时路堤发生破坏,与路基失稳破坏的现象一致。在山区公路建设过程中,稳定的第四系堆积体上填筑低路堤虽然满足路基设计规范对一般路基的要求,不需要进行单独验算,但在长期降雨作用下其稳定性会持续降低,极可能出现失稳破坏。因此,在工程设计与施工中应当验算其长期降雨作用下的稳定性,以保证工程的安全。     

降雨雨型和强度对土边坡稳定性影响分析

自然界绝大多数滑坡都是在降雨期间发生的.研究降雨诱发滑坡机制具有十分重要的意义.选取南京板桥河某堤段边坡,利用SLOPE/W和SEEP/W耦合进行土坡稳定性分析.通过建立不同降雨雨型和降雨强度影响下的土坡仿真模型, 并对暂态渗流场进行相应的数值计算,分析了不同降雨雨型和强度对土坡稳定性的影响.计算结果分析表明:(1)边坡安全系数随降雨雨型的变化而变化;(2)降雨持时相同,边坡安全系数随降雨强度增大而降低;(3)只有经过一定的降雨持时,安全系数才会明显变化.     

基于非饱和渗流原理的路基含水率预估

为了研究路基内含水率分布规律,确定地下水位、降雨和蒸发作用对路基材料含水率的影响,建立了基于非饱和渗流原理的有限元模型,进行稳态及瞬态的渗流计算,模拟粉质粘土、砂质粘土、亚粘土和亚砂土4种路基及边坡材料含水率的变化规律;通过埋设频域反射仪得到路基含水率年变化规律。研究结果表明：4种路基的含水率均随地下水位的升高呈指数形式上升,持续的降雨和蒸发作用对路基边坡影响深度范围为0.2～0.6m;基于非饱和渗流原理的有限元模型对路基含水率的预估具有较高的精度,能够达到工程应用要求。     

长期降雨对路堤填土变形和压实度影响分析

针对潮湿多雨地区典型路基填土,在京台高速公路高液限路堤填土试验研究的基础上,选取典型断面利用Geo Studio有限元软件开展数值模拟研究,考虑非饱和路堤填土的应力和渗流耦合进行固结分析,研究在长期降雨工况下路基沉降变形规律,进而分析长期降雨对变形和压实度的影响规律以及压实度与路基沉降之间的关系。研究表明:对于不同含水率填土路堤,无论是连续施工和间歇施工,竣工期的沉降量占了总沉降量的绝大部分,竣工时和沉降稳定后路堤的最大沉降量都随含水率的增大而增大。当遇长期降雨时,竣工和沉降稳定时路堤的沉降量都比无降雨时大;长期降雨情况下路堤沉降稳定时压实度增量比无降雨时大。     

热带不同植被边坡水文效应室内模型试验

结合海南地区台风强降雨规律,对三种植被条件的粉土边坡模型进行了人工降雨试验,为热带生态护坡的植被选择提供依据。通过测量两次降雨过程中的总降雨量、地表径流量、雨水渗出量、坡体储水量及相应时间,对三种植被条件边坡的水文效应开展了分析。相较于裸土边坡,细叶结缕草边坡和肾蕨边坡均具有较好的抗雨水冲刷能力,肾蕨边坡更占优势。降雨前后,裸土边坡渗透性大幅降低;细叶结缕草边坡渗透性有所下降,但不明显;肾蕨边坡渗透性则显著提高。肾蕨边坡良好的储水持水能力在一般情况下是有利于边坡稳定的,但在长期干旱后遭遇强降雨时,也有可能因其储水能力太强而给边坡稳定带来不利影响。相比之下,裸土边坡和细叶结缕草边坡的储水和持水能力均较差。综合比较来看,一般情况下,肾蕨的水文效应对于保持边坡的稳定性是最有利的。     

不同雨型循环作用下边坡渗流场及稳定性分析

降雨是影响边坡稳定性的最主要因素之一。本文以江西省某堤防边坡为研究对象,基于饱和-非饱和渗流理论,针对以往研究较少关注的不同雨型下边坡渗流及稳定性变化,采用Geo-studio模拟均匀、后峰、骤缓、循环降雨等工况,通过SLOPE/W和SEEP/W模块分析不同雨型下的边坡渗流场及安全系数演变规律。计算结果表明：不同雨型对该边坡稳定性影响排序为：骤缓型＜后峰型＜中峰型＜前峰型＜均匀型;降雨入渗条件下,循环后峰、循环均匀的孔压变化滞后性强于其他雨型,距坡表越远处孔压变化滞后性越强;相同循环条件下不同周期内各雨型对边坡的影响均存在差异且各周期差异不同。