降雨时粘性土边坡的离心模型试验

为研究降雨引起的粘性土边坡变形破坏,进行了边坡的降雨离心模型试验。试验中利用自主研制的离心场降雨模拟设备,用图像采集和相关分析方法,观测了降雨过程中土坡的破坏形态和位移场变化过程。结果表明:降雨对边坡稳定性产生很大影响。降雨引起均质土坡发生浅层土体滑移破坏,雨水入渗至土坡较深的位置。降雨引起土坡位移逐渐增大,且变形区域也逐渐扩展,最终形成明显的位移集中区域。土坡中一点位移发展可分为小位移阶段、迅速增大阶段和缓慢增大阶段。     

土坡破坏过程的离心模型试验研究

为了研究土坡的破坏过程并进一步探讨滑坡的机理,开发了土坡离心模型试验和测量技术以观测加载条件下土坡的变形过程。进行了自重加载情况下的土坡离心模型试验,观察了土坡的破坏过程并测量了土坡的位移场变化。结果表明,新开发的试验测试技术能够较好地测量离心试验过程中土坡的变形。自重加载条件下土坡的破坏过程较为复杂,先后出现了拉裂缝和滑裂面,可以分为相对均匀变形阶段、应变局部化阶段和破坏后阶段等3个阶段。其中应变局部化与破坏过程关系密切,土坡的破坏可能是多种应变局部化的结果。     

土工织物加筋土坡变形和破坏过程的离心模型试验

为了评价土工织物加筋土坡的稳定性,研究了土工织物对土坡变形和破坏过程的影响。在清华大学离心机上进行了自重加载条件下离心模型试验。采用离心场图像采集和非接触位移测量系统,测量了加载过程中土坡的位移场及其发展变化过程,对比了素土坡与土工织物加筋土坡的破坏模式和变形发展过程。试验结果表明:土工织物明显改变了土坡的破坏形态,滑裂面位置明显前移;土工织物的约束作用使得土体的变形趋向均匀,增强了土体的整体稳定性。     

降雨影响下非饱和土坡稳定性分析

非饱和土与饱和土最主要的区别在于土中存在基质吸力。非饱和土中的基质吸力很容易受外界环境变化的影响,其中影响最大的是含水量的变化。而降雨可使土坡中的含水量增大,就有可能使土坡内的基质吸力减小甚至消失,这对边坡的稳定性极为不利,降雨入渗是引起非饱和土坡失稳的主要因素。     

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.     

基于MSR300雷达监测的凹山采场降雨条件下的边坡变形及滑坡

降雨是诱发滑坡的主要因素之一,尤其在暴雨条件下,更易激发滑坡.随着南帮边坡开采高陡化,滑坡发生频繁.为研究降雨条件下南山矿凹山采场南帮边坡稳定性特征,采用MSR300型雷达对边坡进行了连续4a的实时稳定性监测,基于采集到的采场降雨数据和边坡滑移数据,分析了降雨量和降雨强度与边坡变形规律,对凹山采场滑坡各阶段进行了划分,建立了凹山采场边坡失稳模型和预警阈值.结果表明:凹山采场变形与降雨量呈正相关,服从幂函数规律;边坡变形速度曲线与降雨强度有良好的一致性,滑坡一般发生在最大降雨强度之后;滑坡阶段主要包括初始变形阶段,稳定变形阶段和加速变形阶段;报警阈值分别为:6h时序内,位移阈值为20 mm,速度阈值1.5mm·h-1;12h时序内,位移阈值为30 mm,速度阈值为2.5mm·h-1.凹山采场滑坡曲线与岩土体非稳定蠕变曲线具有较高的相似性,位移曲线出现了“阶跃”现象,速度曲线出现了“尖凸”现象,这种情况易引起滑坡事故,其中在位移曲线的“拐点”处和相应速度曲线的“凸点”处发生滑坡的可能性最大.研究成果为类似矿山边坡稳定性监测和破坏机制提供了科学依据和参考.     

考虑降雨入渗的非饱和土边坡流固耦合数值分析

针对降雨入渗作用下非饱和土边坡的变形和稳定问题,运用ABAQUS有限元软件,建立二维非饱和土边坡流固耦合数值模型,对边坡渗流场、应力场和位移场进行分析,分析降雨入渗后边坡的孔压、饱和度、位移、塑性区扩展和安全系数的变化规律.结果表明:降雨入渗引起边坡孔压、饱和度、等效应力和位移增大,降雨强度减小和无降雨下,边坡孔压、饱和度、等效应力和位移减小回弹,边坡表层响应早于坡体内部;边坡坡脚最先出现塑性区,塑性区沿坡面浅层向上扩展,形成连续的塑性区贯通面;边坡安全系数在持续强降雨下持续减小,降雨强度减小和无降雨下,边坡安全系数增大回弹.研究结果可为非饱和土边坡的变形与稳定分析提供参考.     

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．     

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。     

地震作用下黏性土坡失稳破坏的颗粒流模拟

利用颗粒流程序建立了黏性土边坡模型,模拟在地震作用下黏性土坡变形破坏全过程,并对其破坏形式和机理进行了研究.结果表明,黏性土坡的变形破坏形式是渐进性破坏,由下至上、由浅入深形成一条贯通的"滑移带",破坏过程表现为:坡脚周围土体先受拉破坏和剪切破坏,逐渐引起坡顶土体受拉产生拉裂缝、土坡深层土体受剪切破坏和挤压破坏.边坡破坏主要发生在地震作用的前段时间,剪切破坏多于拉裂破坏;地震作用的后段时间主要发生土体滑移,拉裂破坏多于剪切破坏.随着坡高、坡度、地震峰值加速度的增加,黏性土边坡破坏程度更加明显,破坏范围增大.     

开挖及降雨作用下土质边坡变形 破坏机理

本文基于现场变形调查和数值模拟分析,研究了华安县大坑村滑坡在人工开挖以及降雨条件下的变形特征,计算了不同开挖时步以及不同工况下的边坡稳定性系数,并探讨了该滑坡的变形破坏机理.结果表明:开挖过程中,边坡前缘抗滑阻力减小,前缘部位最先产生变形,牵引中后缘坡体表面产生张拉裂缝,降雨期间雨水沿裂缝渗入坡体,岩土体容重增加,岩土体抗剪强度降低,最终诱发深层滑移破坏.分析表明,人工开挖及降雨入渗是大坑村土质边坡产生深层滑移破坏的主要影响因素.深层滑移破坏后,边坡岩土体结构松散,在暴雨作用下,再次诱发滑坡前缘浅表层松散体产生圆弧面滑移破坏.     

干湿交替环境下黄土边坡坡表变形演化规律模型试验

黄土地区一般为干旱半干旱区,在此环境下发育的黄土常具有疏松多孔、对水敏感的特性,使得黄土边坡坡表在降雨-干燥循环下很容易发生破坏。设计了可控降雨强度和干燥强度的模型箱;介绍了光纤光栅(FBG)传感器的基本原理;封装了适用于坡表变形监测的FBG传感器;按照实际工程坡高比,以模型比尺1∶100堆填了黄土边坡模型;模拟了干湿循环次数和幅度对边坡坡表变形的影响。实验结果分析表明:干湿循环过程中,在重力、渗透力等的作用下,坡面开始承受较大的拉应变,后逐渐转变为压应变。在经过几个循环后,坡面发生较大的变形,表明黄土边坡在破坏时存在一个关键节点;干湿循环次数与幅度均会对黄土边坡坡面产生比较严重的影响,随着循环次数的增加,边坡坡面向下滑动的趋势增大,多次低幅度的干湿循环会使边坡发生缓慢的变形,高幅度的干湿循环会使边坡发生比较急剧的变形;FBG能够适用于黄土边坡坡面的监测,在实际工程中的应用还需要进一步研究。     

降雨边坡试验研究进展及关键问题

 滑坡的产生与降雨有着密切联系,雨水入渗不仅可以改变边坡土体的水分分布,而且可以导致土体强度大大降低,从而可能成为触发边坡失稳破坏的主要因素。针对降雨入渗作用下的边坡稳定性,基于对近年来国内外降雨边坡试验研究成果的梳理总结,分析了降雨条件下滑坡的成因机制,着重分析了降雨入渗作用下的室内边坡模型试验和现场边坡试验的研究思路、试验方法及试验技术,探讨了目前室内降雨边坡模型试验与现场降雨边坡试验的优点及其不足之处,以及进一步发展需要解决的关键问题。     

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.     

降雨入渗对土质边坡稳定性的影响分析

降雨往往是诱发土质边坡失稳的主要因素之一,雨水渗入土体,引起作用在土体上的动水荷载和静水荷载增大和土体抗剪强度降低,导致边坡产生滑动破坏。探讨了边坡降雨入渗模式、饱和—非饱和土渗流模式及饱和—非饱和土强度理论对土质边坡稳定性的影响。     

降雨条件下花岗岩残积土边坡失稳模式及预警阈值现场试验

降雨是诱发边坡失稳的主要因素,为探明不同降雨强度条件下花岗岩残积土边坡的失稳模式,通过75mm/h、125mm/h、150mm/h、175mm/h等4组不同降雨强度下边坡失稳现场试验,基于工程边坡原位监测试验采集的含水率-时间与位移-时间曲线研究了花岗岩残积土边坡渐进失稳破坏特征,并提出了降雨条件边坡失稳的持续时间与降雨量阈值。研究表明:降雨条件下花岗岩残积土边坡为渐进失效破坏,根据降雨强度斜坡失稳破坏可分为“浅层局部滑动”、“浅层整体滑动与崩塌”、“深层局部滑动”、“深层整体滑动”等四种模式,斜坡发生变形失稳的区域主要位于坡脚位置,坡中次之,坡顶最小。边坡深层滑动从显著变形到失稳破坏历时18~20min,而浅层滑动持续时间为25min~135min。土壤界限含水率可特征边坡失稳破坏过程,当斜坡土壤含水率上为42～45%时,斜坡开始出现开裂、蠕动变形等失稳征兆;当土壤含水率上升到47～50%时,坡面土体开始崩解并迅速发生滑坡、崩塌。     

降雨入渗对锚杆加固多级边坡稳定性分析

降雨入渗对多级锚杆支护边坡稳定性的影响尚不清晰,基于非饱和土渗流-应力耦合理论,采用Geo-studio软件建立了降雨入渗锚杆加固多级边坡的流固耦合有限元分析模型,研究不同降雨持时、雨强时锚杆加固多级边坡的渗流、应力、变形场稳定性变化规律,以及锚杆受力特性。研究表明：随着雨强和持时的增大,锚杆轴力及坡面位移均增大,边坡安全系数降低;第三级边坡的锚杆轴力提升幅度最大;同一级边坡内,坡脚处的锚杆轴力值大于坡顶处锚杆力。     

降雨型堆积体滑坡大尺寸模型试验

以堆积体坡为研究对象,进行了大尺寸模型边坡试验,研究了降雨条件下堆积体边坡渗流、变形、破坏的规律,探讨了声发射作为预警的判据.结果表明:浸润面到达后水的体积分数持续增加,增加到峰值后,地下水水位才开始增高.坡顶的位移较大,坡趾的位移较小,位移的增大有一个加速过程.在滑坡启动的瞬间,倾斜角突然增大,加速过程极短.边坡失稳过程中声发射撞击数先缓慢上升再急剧上升.边坡失稳与坡面径流和细粒迁移密切相关.