西南某机场高填方边坡于不同降雨条件下的变形影响研究

边坡稳定性问题一直是工程地质方面比较突出的问题。在稳定性分析过程中,高填方边坡的不稳定变形是工程设计、治理的核心问题。降雨入渗不仅仅会造成岩土体抗剪强度直接降低,还会改变滑坡体中非饱和区渗流以及地下水水位线,致使不稳定边坡动、静水压力改变,使边坡稳定性朝不利方向发展。所以当不稳定边坡与雨水入渗有着密切的关联。因此,分析降雨入渗情况下边坡饱和-非饱和渗流场,然后分析饱和-非饱和渗流影响下边坡稳定性发展,具有重要的意义。本文针对高填方边坡,研究了降雨对其稳定性的影响,对降雨入渗情况下西南地区某机场滑坡的渗流场特性进行了数值计算与理论分析,在此基础之上,用数值计算方法对滑坡体的稳定性进行了研究。主要利用了三维有限差分地下水流动数值模拟并结合前期勘察资料来模拟不同降雨条件下的地下水位等值线分布状态,以及FLAC 3D数值模拟软件结合地下水位等值线,对不同降雨条件下高填方边坡变形情况进行研究分析。得到了不同降雨条件下的渗流场模拟情况以及相对应的变形影响。     

西南某机场高填方边坡于不同降雨条件下的变形影响

边坡稳定性问题一直是工程地质方面比较突出的问题。在稳定性分析过程中,高填方边坡的不稳定变形是工程设计、治理的核心问题。降雨入渗不仅仅会造成岩土体抗剪强度直接降低,还会改变滑坡体中非饱和区渗流以及地下水水位线,致使不稳定边坡动、静水压力改变,使边坡稳定性朝不利方向发展。所以,当不稳定边坡与雨水入渗有着密切的关联。因此,分析降雨入渗情况下边坡饱和-非饱和渗流场,然后分析饱和-非饱和渗流影响下边坡稳定性发展,具有重要的意义。针对高填方边坡,研究了降雨对其稳定性的影响。对降雨入渗情况下西南地区某机场滑坡的渗流场特性进行了数值计算与理论分析,在此基础之上,用数值计算方法对滑坡体的稳定性进行了研究。主要利用了三维有限差分地下水流动数值模拟,并结合前期勘察资料来模拟不同降雨条件下的地下水位等值线分布状态,以及FLAC 3D数值模拟软件结合地下水位等值线,对不同降雨条件下高填方边坡变形情况进行研究分析,得到了不同降雨条件下的渗流场模拟情况以及相对应的变形影响。     

降水入渗非对饱和裂隙岩质边坡稳定性的影响

针对降雨入渗后的暂态渗流场难以确定问题,将岩－水－气三相耦合,提出了一种确定降雨入渗后的暂态渗流场的模型,并结合工程实例分析了降雨入渗流场的变化对岩质边坡稳定性的影响。     

降雨条件下边坡地下水运动规律

为了研究降雨对边坡渗流场孔隙水压力分布的影响,根据岩土饱和-非饱和渗流理论,利用SEEP渗流有限元程序计算给定降雨条件下孔隙水压力的分布,结合一个土坡算例,探求降雨强度、降雨持时以及土壤渗透系数等参数变化对渗流场的影响。通过记录坡肩处孔隙水压力变化,得到不同降雨类型下雨水入渗深度的规律;并记录下坡体内孔隙水压力随时间的变化规律,得到持续降雨条件下不同时刻坡体内孔隙水压力分布特点,可以为边坡的稳定性分析和滑坡预测提供依据。     

降雨条件下边坡稳定性分析

把降雨入渗条件下的边坡稳定性问题转化饱和-非饱和渗流问题的应力场和渗流场来计算,考虑在降雨入渗过程中滑动面抗剪强度的影响,研究降雨入渗过程对边坡的安全系数的影响.应用瞬态的饱和-非饱和二维有限元渗流模型,对降雨条件下的边坡的稳定性进行了模拟,模拟的数值计算结果表明,在降雨入渗过程中,边坡的安全系数在不断减小.     

降雨条件下非饱和土坡三相流模型的渗流-变形耦合分析

土质边坡降雨入渗的过程中伴随着地下水渗流的推进、孔隙气体迁移和边坡土体变形,因而涉及非饱和土体固-液-气三相耦合的作用.首先基于非饱和土力学基本理论、土-水特征曲线模型,在考虑气相对降雨入渗过程的影响下,建立了考虑孔隙介质可压缩性的二维非饱和土坡固-液-气三相渗流-变形耦合控制方程组.然后利用COMSOL Multiphysics软件的PDE平台,将所建立的耦合控制方程的数值模拟结果与经典Liakopoulos砂柱排水的试验结果进行比较,验证了本文所建立的三相耦合控制方程其正确性.最后对已建好的耦合模型求解分析,对比探讨两相和三相耦合计算模型对渗流场和位移场的影响.模拟结果表明:孔隙水压力随降雨时间的增加而逐渐增大,孔隙气体迁移和土体变形对边坡降雨入渗的推进起阻滞和延缓作用,揭示了固-液-气三相渗流-变形耦合模型能够更真实的反应降雨条件下土坡的变化特征,从而对非饱和土质边坡的灾害预警提供指导作用.     

非饱和土质边坡降雨入渗分析

降雨入渗对边坡土体的力学行为具有重要的影响。为研究降雨入渗条件下边坡土体的位移应力变化规律,考虑基质吸力的影响,建立了非饱和渗流有限元模型,对降雨过程中边坡土体进行渗流应力耦合分析,得到了降雨过程中边坡的孔隙水压力、位移及应力的变化规律。结果表明降雨会使边坡上部土体有效应力显著降低,同时引起坡面附近土体的水平位移及边坡内部土体的沉降;降雨使坡脚处土体首先发生破坏,随着降雨的持续,土体的塑性应变不断增大。     

降雨诱发双层土坡地下水上升及稳定性分析

降雨入渗使土坡坡体内孔隙水压力增加,水位上升而导致边坡稳定性下降。建立两种双层土坡模型,分别研究在暴雨、大雨和小雨三种情况下坡体内孔隙水压力变化规律;同时分析降雨引起地下水上涨的运动特性及土坡稳定性变化。研究结果表明:不同类型土质边坡在降雨情况下土体孔隙水压力变化规律是不一样的,雨水入渗的深度也不同;降雨过程中,上层为低饱和渗透性土体下层为高饱和渗透性土体的边坡接触面上孔隙水压力比临近土体的孔隙水压力大,这不同于均质边坡。降雨情况下,土体性质和降雨特性对地下水上涨的运动规律和边坡稳定性有重要的影响。     

边坡降雨入渗的饱和-非饱和有限元数值分析

对于边坡稳定性分析中的降雨入渗问题,运用有限元法,结合饱和-非饱和方程模拟土质边坡渗流场.分析了边坡在降雨条件下其内部渗流场的情况以及稳定性的影响因素,结合工程边坡算例,数值模拟渗流场,得到对于实际工程有意义的结论.     

边坡在降雨条件下的稳定性分析

介绍了渗流与应力耦合的基本原理,以及边坡降雨入渗的过程。根据工程地质条件及岩土的特性建立边坡数值模型,运用ABAQUS进行降雨条件下的有限元分析,观察边坡土体孔压场、位移场等的变化规律.最后对边坡稳定性进行评价。     

不同降雨条件下高边坡的稳定性分析

为了研究不同降雨强度下雨水入渗对加固前后边坡的稳定性。以山西省吕梁市离石区某矿区边坡为例,通过PLAXIS有限元软件对该边坡进行渗流与应力耦合计算,根据该地记录的降雨量,分析了不同降雨强度下边坡孔隙水压力的变化规律,边坡的破坏趋势,预应力锚杆内力变化以及边坡安全系数的变化。研究表明：降雨强度越大,边坡的负孔隙水压力消散的速度越快,雨水入渗速度越快,且在相同计算时间内入渗深度也越深;边坡发生的破坏形式在降雨阶段往往浅层滑动,降雨结束后,雨水继续下渗,边坡的潜在滑动面逐渐过渡为深层滑动;在相同降雨条件下,各级边坡锚杆内力增量都会大幅提升,且越靠近下级边坡的预应力锚杆内力增量越大;增加预应力锚杆加固边坡可有效提高边坡的稳定性且减小降雨对边坡稳定性的影响。     

降雨入渗条件下边坡湿陷变形的数值模拟

降雨入渗是边坡发生失稳滑动破坏的主要因素之一为研究降雨入渗条件下边坡湿陷变形的基本特性,采用修正的巴萨罗那模型（BBM）和非饱和多孔介质力学理论,建立了基于弹垫性分析的非饱和流固耦合计算模型,开发相应的有限元程序,进行降雨入渗下非饱和土边坡渗流场和应力场耦合的数值分析,研究了降雨持时、降雨强度以及饱和渗透系数对边坡渗流和变形的影响．结果表明：该计算模型能够很好地反映边坡的湿陷变形特性,最大湿陷变形发生在坡面拐角及坡顶位置．降雨强度和土体饱和渗透系数的大小对边坡内孔压和位移影响显著：在降雨强度小于饱和渗透系数时,坡内孔压及位移随降雨强度的增大而增大;当饱和渗透系数小于且接近降雨强度时,坡内孔压和位移增量明显增大;而当饱和渗透系数远大于或小于降雨强度时,坡内孔压及位移变化量则较小．     

考虑土体开裂的膨胀土非饱和渗流分析

通过考虑与不考虑土体裂隙的对比研究，求解在给定入渗条件下的膨胀土边坡瞬态含水率分布和孔隙水压力分布，揭示了考虑裂隙影响的膨胀土边坡的渗流场变化规律，指出在降雨入渗条件下，必须考虑土体开裂的影响，才能得到符合实际情况的解答，并给出了裂隙对渗流场变化的影响途径。     

考虑气相作用的降雨入渗对非饱和土坡稳定性的影响

为了精细分析降雨入渗对非饱和土坡稳定性的影响,在考虑气相对降雨入渗过程的影响基础上,利用水-气二相流模型模拟入渗水流驱替土壤空气的水-气二相流过程,计算降雨入渗下土坡的孔隙水压力、孔隙气压力、基质吸力和含水量的变化;并建立了同时考虑由有效黏聚力、净法向应力,还有基质吸力引起的强度对边坡稳定的影响的非饱和土坡稳定分析模型．通过算例分析得出：无论是否考虑基质吸力的作用,由于降雨入渗改变了土体的净法向应力和土的容重,使得非饱和土坡的安全系数降低,而后的蒸发作用会使土坡的安全系数有所增大;在相同的渗流条件下,基质吸力的作用使同一滑动面上的安全系数增大．     

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.     

降雨对岩土边坡稳定影响的实例分析

以建始县红土坪新城区红土中路K1+140-360右侧安置点边坡为例,采用有限元强度折减法及Mohr-Coulomb屈服准则对边坡进行数值模拟,分析不同降雨入渗时间岩土边坡渗流路径、渗流速度和孔隙水压力对岩土边坡稳定性的影响.计算结果表明:随着降雨时间的持续,岩土边坡卵石土层中的渗流路径进一步向水平向倾斜,中风化砂岩层中的入渗深度进一步增大,开始在坡脚处产生水平向的渗流,坡体内地下水的流动速度加快,对渗透通道里面的岩土体(卵石土层、强风化砂岩层)中产生冲刷,造成细颗粒的流失,从而导致整个开挖边坡的稳定性急剧下降.持续降雨作用下,边坡土体含水率急剧增加,进而饱和,导致边坡土体基质吸力下降,开挖边坡的稳定性降低.     

降雨入渗对裂隙性粘土边坡稳定性作用机理的分析

为进一步认识降雨入渗对裂隙性粘土边坡稳定性的作用机理,基于饱和-非饱和渗流理论,研究了降雨条件下不同裂隙深度、裂隙开口宽度、裂隙分布位置、降雨强度和降雨持时等对裂隙性粘土边坡渗流场的影响,并进行了相应的稳定性评价.研究结果表明:裂隙的存在改变坡体的入渗能力和入渗路径;裂隙开裂越深,饱和区域越大,边坡稳定性越低;裂隙开口宽度的大小对稳定性的影响不大;裂隙分布在坡顶时易发生浅层破坏,稳定性较低,降雨容易导致浅层破坏,且对裂隙分布坡底边坡稳定性影响大;降雨强度主要影响裂隙层达到饱和的快慢,对于边坡的长期稳定性的影响则可以忽略;裂隙粘土边坡稳定性随降雨持续时间的增加而减小,当裂隙层达到饱和后,其安全系数基本不变.     

降雨条件下成层土质边坡的渗流特征

以东南沿海地区广泛分布的坡积土-强风化岩成层边坡为背景,基于饱和-非饱和渗流理论,通过一维、二维成层边坡有限元渗流计算,得到在不同降雨条件下坡积土层厚度对含水率、孔隙水压力沿高程分布的影响规律,以及坡积土层厚度、边坡坡比对二维边坡不同截面的降雨入渗深度的影响。研究结果表明:降雨入渗深度与坡积土层厚度成正比,且坡积土厚度对含水率的影响程度与降雨强度有关;降雨强度与边坡土层饱和渗透系数的关系决定孔隙水压力的分布特征;坡积土层越厚,其各个截面的降雨入渗深度越大,而且边坡坡比越大,其底部截面的降雨入渗深度越大,边坡上部及中部截面受坡比影响较小;边坡土层结构对其在降雨作用下的含水率分布变化影响显著。     

基于降雨入渗试验的黄土边坡稳定性研究

降雨入渗是黄土地区边坡失稳破坏的最主要诱发因素,选取陕西关中地区典型黄土边坡为研究对象进行人工降雨试验,分析了黄土边坡降雨入渗规律及边坡破坏机理,并采用有限元软件对降雨入渗作用下孔隙水压力、最大剪应力以及稳定性进行了数值模拟.试验结果表明,边坡土体的渗透系数与孔隙水压力呈指数函数关系,边坡土体的含水率与孔隙水压力呈移动平均函数关系,坡体垂直入渗深度比水平入渗深度要高,且入渗速率也存在差异.同时,边坡稳定性数值分析表明,随着降雨历时增长,坡体安全系数逐渐降低直至发生失稳.     

非饱和参数交互作用的边坡稳定性分析

为研究降雨入渗条件下的边坡稳定性,提出一种基于流固耦合理论及非饱和渗流参数敏感性分析的边坡稳定性分析方法.边坡的非饱和参数交互作用影响边坡稳定,为此,建立基于有限元方法的边坡非饱和渗流的边坡稳定性分析模型.构建了边坡稳定性分析参数敏感性分析模型,分析了非饱和参数对边坡稳定特征的直接作用和耦合交互作用.结果表明:降雨入渗时的非饱和参数共同作用下,降雨强度和渗透系数对边坡稳定性孔压及饱和度特征的直接影响和间接影响较内摩擦角和黏聚力更为明显.降雨强度对特征单元位移直接影响最大,内摩擦角与其他参数的耦合作用最显著.黏聚力对边坡稳定的直接影响最大,且对塑性变形作用时与内摩擦角、降雨强度及饱和渗透系数的耦合最为紧密.非饱和参数共同变化时,交互作用不是单项参数的作用效果直接叠加.