强降雨条件下含软弱夹层土坡稳定性影响因素敏感性分析

为了分析强降雨条件下含软弱夹层土坡稳定性影响因素的敏感性,结合长沙-湘潭高速公路某路堑左侧边坡现场调研资料,基于饱和-非饱和渗流理论,建立了含软弱夹层土坡数值分析模型。选取夹层倾角、夹层厚度、夹层埋深以及夹层层数这4种内在影响因素,分析了各因素变化对边坡稳定性的影响规律。研究结果表明,长沙-湘潭高速公路某路段路堑左侧边坡软弱夹层倾角的临界θ值范围为30°~35°;在降雨阶段,边坡安全系数随着降雨历时的增加而逐渐降低,雨停后安全系数又随着入渗雨水的消散而缓慢升高,但回升速率明显低于下降速率;在强降雨条件下,软弱夹层内在因素的变化是导致边坡稳定性降低的主要因素,其中连续降雨方案的影响程度较大;无论是否考虑降雨条件,软弱夹层内在因素变化对边坡稳定性影响的敏感性都为:夹层层数夹层倾角夹层厚度夹层埋深。     

降雨条件下多层土坡入渗机理与稳定性分析

基于VG(Van Genuchten)模型多层土含水率方程,建立了考虑边坡倾角的含水率与基质吸力控制方程,提出了土层间渗透系数比不同的情况下多层土坡入渗深度计算方法.通过在Geo-Studio软件中的Seep/w板块建立多层土的一维和二维模型,分析雨水入渗过程中土层交界面处饱和滞水区形成过程及不同降雨条件下多层土坡稳定性变化规律,并验证本文计算方法的正确性.结果表明:多层土坡降雨过程中,土层交界面处体积含水率、孔隙水压力变化范围较大,对于各层渗透性不同的多层土坡,在同一降雨强度下,渗透系数比越大,则交界面处滞水向下消散的速率折减得越多,交界面处孔隙水压力变化范围越大;多层土坡在交界面处出现饱和滞水区后孔隙水压力急增,导致土抗剪强度骤降,进而引发土坡稳定性系数大范围下滑.上述结论为降雨边坡预警工作提供参考依据.     

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.     

五盂高速公路顺层岩质边坡变形破坏模型试验

为揭示开挖和降雨对顺层岩质边坡稳定性的影响,以山西五盂高速公路顺层岩质边坡为对象,通过大型物理模型试验研究了含软弱结构面顺层岩质边坡在开挖及降雨条件下的变形机理.研究结果表明:降雨条件下,含单层软弱结构面边坡主要表现为沿软弱结构面的多级牵引式滑动破坏;含双层软弱结构面顺层岩质边坡滑动破坏受降雨的诱发作用更为明显,其中软弱结构面作用主要表现为两方面,一方面为雨水对结构面本身的软化使其强度降低从而形成滑带,另一方面为软弱结构面的存在减弱了雨水向下层岩体的入渗,导致其上覆岩体迅速饱和,强度急剧降低,上覆破碎岩体沿滑动面发生大规模的整体破坏.可见强降雨是此类边坡破坏的主要诱发因素也是重要的致灾因素.     

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。     

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.     

降雨条件下饱和-非饱和土坡的渗流分析

运用饱和-非饱和渗流有限元法模拟降雨条件下饱和-非饱和土坡暂态渗流场的变化情况,分析了降雨强度、降雨持时以及土壤饱和渗透系数等参数对非饱和土坡基质吸力的影响。分析结果表明:雨水入渗引起土壤基质吸力的大量丧失;降雨强度对饱和渗透系数较大土坡的基质吸力变化的影响较小。     

降雨入渗参数对粗粒土路堤暂态饱和区影响的数值模拟

为探讨降雨入渗条件下粗粒土路堤边坡暂态饱和区的形成条件,分析降雨入渗参数对暂态饱和区发展规律的影响,基于室内外试验数据与实际气象数据,拟定不同的数值计算方案,采用降雨入渗理论对降雨入渗参数影响下粗粒土路堤边坡雨水入渗过程进行数值模拟。结果表明：降雨强度q与饱和渗透系数ksat的比值是决定路堤内雨水入渗方式及暂态饱和区形成的关键因素,当q／ksat≥1.5时,路堤边坡表面及坡脚水平面将形成一定深度的暂态饱和区,暂态饱和区的形成增大了路堤发生失稳的可能;降雨入渗仅会引起路堤边坡坡面以下水位大幅度上升,对路面中部以下地下水位影响有限;路堤边坡暂态饱和区的扩展速度主要取决于q与ksat的大小,而暂态饱和区形成的时间与扩展面积则受到降雨强度、降雨历时与饱和含水率的共同影响。     

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.     

非饱和土坡稳定性分析

降雨入渗是引起非饱和土坡失稳的主要因素。探讨了非饱和土坡在降雨条件下稳定性的分析方法及影响因素,指出分析非饱和土坡稳定性时应考虑基质吸力对抗剪强度的折减影响及暂态渗流场的影响。     

库水位变化和降雨条件下边坡渗流特性及稳定性分析

我国西南地区地质构造复杂,降雨充足,地下水对岸坡稳定性的影响相对突出.以该地区某泄水建筑物进口边坡为原型,根据饱和-非饱和渗流理论和极限平衡理论,利用有限元分析软件Geo-Studio,对该边坡在不同降雨及水库水位升降条件下的渗流和稳定性进行了模拟计算.结果表明:边坡内的地下水位随库水位变动而变动,边坡的稳定性系数在库水位上升时先不断减小后缓慢增大;在库水位下降时先减小后逐渐增大,且下降速率越大,稳定性系数越小;在降雨入渗条件下,边坡的地下水位会有一定的抬升,同时边坡的稳定性系数相应减小.研究结果,可为边坡稳定性分析和水库安全运行提供可靠依据.     

Numerical simulation of effects of rainfall infiltration parameters on transient saturated areas of coarse-grained soil embankment

为探讨降雨入渗条件下粗粒土路堤边坡暂态饱和区的形成条件,分析降雨入渗参数对暂态饱和区发展规律的影响,基于室内外试验数据与实际气象数据,拟定不同的数值计算方案,采用降雨入渗理论对降雨入渗参数影响下粗粒土路堤边坡雨水入渗过程进行数值模拟。结果表明:降雨强度q与饱和渗透系数k_sat的比值是决定路堤内雨水入渗方式及暂态饱和区形成的关键因素,当q/k_sat≥1.5时,路堤边坡表面及坡脚水平面将形成一定深度的暂态饱和区,暂态饱和区的形成增大了路堤发生失稳的可能;降雨入渗仅会引起路堤边坡坡面以下水位大幅度上升,对路面中部以下地下水位影响有限;路堤边坡暂态饱和区的扩展速度主要取决于q与k_sat的大小,而暂态饱和区形成的时间与扩展面积则受到降雨强度、降雨历时与饱和含水率的共同影响。     

降雨条件下饱和-非饱和土坡的渗流分析

运用饱和-非饱和渗流有限元法模拟降雨条件下饱和-非饱和土坡暂态渗流场的变化情况,分析降雨强度、降雨历时以及土壤饱和渗透系数等参数对非饱和土坡基质吸力的影响.分析结果表明:当饱和渗透系数较大、降雨强度小时,降雨入渗充分,孔隙水压力梯度变化大;饱和渗透性小时,降雨影响的深度变浅,基质吸力逐渐丧失;降雨初期,孔隙水压力梯度变化最明显,在降雨8 h之后,基质吸力完全丧失,对于土坡稳定安全不利.     

降雨条件下厚覆盖层边坡的渗流特性

基于实际降雨资料及饱和-非饱和渗流理论,对算例边坡在设计降雨方案条件下的孔隙水压力变化、体积含水率以及暂态饱和区的发展与消散进行时间和空间上的研究。研究结果表明:在降雨过程中边坡表层一定深度内,孔隙水压力逐渐增大,降雨停止后,孔隙水压力缓慢降低;边坡表层体积含水率随着降雨时间的持续逐渐达到饱和含水率,并保持不变;当降雨停止后,体积含水率才开始沿着坡面向下逐渐降低;暂态饱和区是在边坡表层土体达到饱和并形成连通区域后产生的,滞后于孔隙水压力和体积含水率的增大;暂态饱和区在形成的空间顺序上表现为先坡脚及各级台阶处,后边坡坡面,而消散顺序刚好相反。     

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。     

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。     

降雨入渗对含软弱夹层堆积体滑坡的模型试验

为揭示降雨入渗对含软弱夹层堆积体边坡稳定性的影响,通过固定式双渗透降雨物理模拟技术和光纤光栅传感器技术,对4种坡角的软弱夹层顺层堆积体开展了降雨物理模拟试验,测量了降雨过程中滑坡体内关键位置的位移及力学参数变化情况。结果表明,在相同降雨情况下,不同坡度的堆积体斜坡在位移和力学变化上具有相似性,降雨前后坡体的位移、土压力和水压力变化经历上升-下降两个阶段,软弱夹层位移在降雨后仍然保持蠕变;坡角越平缓的坡体后缘位移量大于坡体较陡的斜坡,而坡体前缘则反之;坡角为平缓的坡体后缘先开始形成拉裂缝,变形破坏具有渐进性、推动式的特点;而坡度越陡的坡体前缘率先破坏,变形具有突变性、牵引式特点,为滑坡防治提供了新的试验方法和手段。     

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。     

降雨条件下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区形成条件及影响因素

为了分析降雨条件下暂态饱和区形成条件和影响因素,首先建立粗粒土高路堤边坡一维数值计算模型,探讨粗粒土高路堤边坡暂态饱和区的形成条件;通过建立二维数值计算模型,分析降雨强度、降雨时间、渗透系数以及初始表面基质吸力等因素对暂态饱和区形成的影响。研究结果表明:暂态饱和区的形成过程受降雨时间以及降雨强度共同控制,当雨水在边坡表层的入渗流速大于其土体内部出渗流速时,土体体积含水率升高,边坡出现暂态饱和区;在降雨过程中,边坡表层土体中水的流速最终达到与降雨强度基本一致(流速与降雨强度量纲相同),边坡表层土体的体积含水率与降雨强度有关;在降雨过程中,粗粒土高边坡坡脚位置的体积含水率增大最快,该处暂态饱和区出现时间最早,范围最广;降雨强度、初始表面基质吸力对暂态饱和区的形成时间以及深度影响较大,渗透系数的影响较小;在降雨强度相同时,初始表面基质吸力越大,雨水入渗的深度越大,暂态饱和区的范围越广。