降雨入渗条件下非饱和土质边坡的稳定性分析

文章基于饱和、非饱和渗流理论及强度折减法,分析了降雨入渗条件下非饱和土质边坡的稳定性,研究了4种降雨模式对边坡中饱和度、吸力、边坡安全系数及潜在滑动面位置的影响,定义了吸力降低深度,分析了吸力降低深度与边坡安全系数及滑动面位置的关系。算例分析表明:降雨量相同时,降雨模式对边坡安全系数及潜在滑动面位置的影响与土体的饱和渗透系数有关;当饱和渗透系数较大时,各种降雨模式的影响无明显区别;当饱和渗透系数较小时,长时间小强度降雨更易导致边坡的失稳;考虑参数的变异性时,力学参数变异性对边坡安全系数及滑面位置的影响较大;水力参数中,土水特征曲线拟合参数a及n的变异性的影响较大。     

基于Fredlund&Xing参数下不同雨型边坡渗透稳定性分析

为研究FredlundXing模型不同非饱和土参数a、m、n在不同雨型下对边坡渗流特性以及稳定性影响,利用Geo-slope软件中的Seep/W和Slope/W模块进行流固耦合计算,分析了总降雨量为0.1m下不同参数在平均型,前锋型,中锋型以及后锋型降雨下对坡顶和坡脚监测点的孔压以及边坡稳定性的变化规律,得出了安全系数的变化曲线,计算结果表明:不同参数下,坡顶处孔压先增大,后逐渐降低,坡脚处孔压先增大,后保持不变;安全系数总体上呈现持续下降的趋势;参数a与进气值相关,a值越小孔压变化越剧烈;参数m与剩余含水量有关,但不同m值之间孔压相差不大;参数n与土-水特征曲线的斜率有关,n越大,孔压变化速率越大,安全系数降幅越大;不同降雨雨型影响了坡顶和坡脚孔压达到最大值的时刻,对安全系数影响较小.研究成果为不同非饱和参数土体在不同降雨雨型下边坡稳定性分析和治理提供了参考.     

渗透系数与库水位变化对边坡稳定性的影响

针对水利工程中复杂的库岸工程地质条件，以及库水位的变化对库岸边坡的稳定性会产生各种不利影响的实际，对不同渗透系数土质边坡在库水位下降速率变化下的稳定性进行了数值计算和分析，计算了在库水位下降期间，不同渗透系数滑坡体的稳定性受库水位下降速率影响的变化规律．结合库水位下降期间不同渗透系数滑坡体的渗流场，对滑坡体的稳定性进行了数值计算分析，得到了库区降水速率和渗透系数与边坡稳定性之间的关系．结果表明：对于同种材料的滑坡体，降水速率越快，滑坡体达到最低安全系数所需的时间就越短，且水位下降到同一位置时，降水速率越快，库岸的安全系数就越低，越可能发生滑坡；相同渗透系数的滑坡体在不同降水速率下其稳定性的变化曲线都是相似的．     

基于正交实验的库水位骤降边坡渗透稳定敏感性分析

为定量化研究库水位骤降下不同非饱和参数对边坡的渗流特性以及稳定性的影响,根据非饱和渗流及抗剪强度原理,利用Geostudio的Seep/w与Slope/w模块对某边坡库水位骤降不同非饱和参数下的渗透稳定性进行了数值模拟研究,并根据正交实验分析法进行了敏感性分析,计算结果表明:库水位骤降下不同监测点孔压呈现先减小后不变的趋势,上部监测点的孔压降幅较下部监测点要小,孔压降幅与参数a,k呈负相关,而与参数m呈正相关;库水位骤降情况下上部监测点与下部监测点存在两个变形阶段,即库水位骤降时间段内的位移快速上升阶段以及库水位骤降结束后的位移缓慢上升阶段,上部监测点的位移要大于下部监测点的位移;参数a与参数k变动对安全系数的变幅影响较大,参数m与参数n对安全系数的变幅影响较小,参数a,m,k与安全系数呈正相关,而参数n与安全系数呈负相关;对非饱和参数对边坡稳定性进行了正交实验敏感性分析,参数a,m,n,k的敏感性大小分别为参数a≥参数k≥参数m≥参数n.     

蓄洪区路堤边坡浸润线及安全系数变化规律

基于修建于蓄洪区范围内的公路边坡将受洪水浸泡,引入非饱和渗流理论,利用孔隙压力为0 kPa的条件确定蓄洪过程中的边坡浸润线位置,并在条分法中采用侧面水压力等效计算土坡中的渗流力,对水位完全慢速下降过程中边坡安全系数进行计算;将蓄洪过程分为水位上升期、蓄洪期和水位下降期,令蓄洪水位为10m,水位上升速率为0.2 m/d,水位下降速率为0.5 m/d,采用本文方法对饱和渗透系数分别为10-6,10-7和10-8 m/s的边坡安全系数变化规律进行计算分析.研究结果表明:蓄洪期内边坡浸润线均达不到稳定状态,且渗透系数越小,边坡内浸润线的变化越小;蓄洪水位上升期边坡安全系数增大,且渗透性较高的土坡安全系数上升速率比渗透系数低的土体安全系数上升速率慢;蓄洪期内,当蓄洪时长比s即蓄洪时长t与总时长r之比相等时,高渗透性边坡安全系数下降率较大;水位下降期内边坡安全系数随下降比增大而变小,蓄洪时间越长安全系数越小,但安全系数下降率基本不受蓄洪时间的影响,其规律可采用抛物线近似模拟.     

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。     

库水位变动条件下土-水特征曲线对滑坡稳定性计算结果的影响研究

库区滑坡的稳定性受库水涨落影响较大,为了分析库水位变动对滑坡稳定的影响,基于非饱和理论的有限元软件进行数值模拟,并需要用到非饱和土的相关参数,特别是土水特征曲线对滑坡稳定性的计算结果影响较大.文中一个实际算例采用不同土-水特征曲线时,计算所得结果相差较大,为了探究土-水特征曲线对滑坡影响的大小及原因,计算了当滑坡土体饱和含水量、饱和渗透系数相同时,3种典型土的土-水特征曲线所对应的稳定性系数,并得到以下结论:库水的升降作用对非饱和土质滑坡的稳定性有较大影响;由黏性土质滑坡的土体特性及计算说明表明:黏性土质滑坡在库水位变动作用下较粉土及砂土滑坡稳定,土-水特征曲线对考虑非饱和特性的滑坡安全系数影响较大,即同一含水率条件下基质吸力越大的土体滑坡的稳定性越好.     

降雨条件下边坡各向异性渗流及稳定性的模拟分析

基于饱和-非饱和渗流理论,针对不同的渗透系数异向性比值,以及不同的渗透系数张量主轴方向与水平方向夹角,对降雨条件下边坡地下水渗流场动态变化进行了数值模拟,分析了降雨过程中边坡孔隙水压力分布规律,得到了边坡安全系数随降雨持续时间的变化规律.数值模拟结果表明,土体各向异性渗流对降雨条件下边坡渗流场及安全系数有着显著的影响.     

某水电站溢洪道开挖边坡渗流场变化规律及稳定性研究

研究库水位升降过程中某水电站溢洪道开挖边坡渗流场的变化规律及对其稳定性的影响,为该边坡加固设计提供参考.本文采用GeoStudio软件中的SEEP/W模块对边坡渗流场变化规律进行模拟分析,主要考虑了边坡的开挖、库水位升降速率、岩土体渗透系数对渗流场的影响;采用SLOPE/W模块对边坡的稳定性进行了分析,研究了渗流场变化对边坡稳定性的影响.研究表明:库水位升降过程中边坡内部浸润线的升降滞后于库水位升降;库水位上升过程中边坡安全系数先减小后趋于稳定,且上升速率大时边坡安全系数减小快;库水位下降过程中边坡安全系数减小,且下降速率大时边坡安全系数减小快,对其稳定不利.     

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．     

库水位变动对心墙坝渗流特性影响及防渗措施研究

渗透稳定是土石坝安全运行的关键问题之一,水位骤升骤降对土石坝坝体渗流场和渗透稳定有较大的影响;因此开展库水位变动对土石坝渗流特性影响的研究非常重要.目前已有很多对库水位骤降条件下土石坝的渗流特性的研究,并得出了很多具有参考价值的研究成果.但库水位骤升条件下土石坝的渗流特性同样具有研究价值,库水位骤升时,边坡土体由非饱和土变为饱和土,土体抗剪强度下降从而增加了边坡失稳的概率;本文结合某水库工程,采用二维有限元对粘土心墙坝在不同库水位条件下进行了渗流分析;并且结合工程除险加固技术对防渗措施开展了研究.得出了不同库水位条件下的坝体浸润线变化规律、渗透流量大小以及上下游坝坡渗透安全性变化规律,并结合工程除险加固技术,对不同防渗方案进行比选,确定了最优防渗方案.分析表明:库水位越低,坝体浸润线越低;相同防渗墙深度,库水位越高渗漏量越大;防渗墙深度越大渗漏量越小;不同库水位条件下,库水位越低,上游坝坡渗透稳定安全系数越小,下游安全系数则越大;库水位骤升条件下,库水位骤升速率越快,上游安全系数越大,下游安全系数越小.防渗墙深度对下游安全系数的影响要大于上游.     

降雨作用下南水北调膨胀土渠道稳定性及影响因素

南水北调中线工程膨胀土渠道超过全长的四分之一,降雨是诱发膨胀土渠坡失稳的主要外因.对比分析了考虑非饱和渗流对边坡稳定性的影响,基于有限元方法计算降雨作用下渠道的饱和-非饱和渗流场,分析其边坡的安全系数和位移的变化规律,最后通过正交试验和灰色关联理论对渠道边坡稳定性的影响因素进行敏感性分析.研究结果表明:考虑非饱和渗流下边坡稳定性分析结果更切合工程实际;降雨过程中,边坡浅层一定深度内土体的孔隙水压力迅速增大,这一土体范围随着降雨强度增大和时长增加逐渐向深部扩展;降雨对堤顶向下0～2.5 m范围和一级马道向下0～5 m范围内土体含水率的影响较大,降雨强度的影响大于降雨时长;降雨导致土体吸水膨胀,位移出现轻微的回弹;渠坡的安全系数随着降雨持续逐渐减小,并且降雨强度越大,降幅越大;影响边坡稳定性因素的敏感性排序:黏聚力＞内摩擦角＞饱和渗透系数＞降雨强度＞降雨时长＞土体重度.研究结果可为南水北调工程加强渠道稳定性提供依据.     

基于差分法及试验联合确定非饱和土渗透系数的方法

非饱和土渗透系数是随体积含水量变化的一个复杂变量,难于通过试验直接获取,实际工程中主要采用经验公式,难免与实际存在不符.提出了基于一维垂直渗流控制方程差分求解及非饱和渗透性试验联合确定非饱和土渗透系数的新方法.首先利用有限差分法对一维垂直渗流控制方程进行离散,获得基于差分格式的非饱和土渗透系数表达式;然后通过试验获得土样饱和渗透系数、土水特征曲线以及不同位置处体积含水量随时间变化的关系曲线,通过Matlab编程将以上各参数代入离散后的差分格式,即可得到非饱和土渗透系数随含水量的变化值.将该方法得到的渗透系数与VG模型求出的渗透系数进行对比,两者误差较小,说明本文提出的确定非饱和土渗透系数的新方法具有一定的可靠性.     

非饱和土渗透系数的试验研究

非饱和土的复杂性和多变性决定了其渗透特性明显不同于饱和土,无法根据土壤的基本性质从理论上分析得出,试验难度也较大。本研究采用的稳态渗流试验装置,是根据非饱和土的特性设计出的非饱和土渗透系数直接测量的一种新方法,通过对粉土和砂质壤土两种非饱和土的渗透特性进行试验研究,得出了非饱和土含水量与渗透系数的基本关系。同时,对其关系曲线进行了van Genuchten-Mualem模型拟合,得出了很好的结果。     

库水位骤降偶遇地震作用的土石坝稳定分析

正常运行过程中库水位是不断变化的,当库水位降落后,坝体内部的孔隙水压力和渗流场会发生变化,过快的下降速率会导致坝体内的孔隙水压力不能及时消散,在渗流的作用下上游坝坡产生浮起或下滑的趋势,若在库水位骤降时期发生地震,则对土石坝的坝坡稳定更加不利.为研究某混凝土心墙土石坝在库水骤降偶遇地震情况下瞬态渗流场特性及坝坡稳定性规律,基于非饱和渗流原理,采用Geo-Studio有限元软件进行数值模拟,得到了不同骤降速率下坝体内部浸润线及上下游坝坡安全系数的变化规律,并研究了不同骤降速率下偶遇地震作用和不同骤降时刻发生地震时的上下游坝坡安全系数,最终对所得到的规律进行公式总结.结果表明:坝体浸润线在库水位骤降过程中会出现向上凸起的现象,骤降速率越大凸起越明显;在地震作用下,坝坡上游安全系数值减小幅度较大,下游坝坡安全系数变化不大;在库水位骤降初期发生地震最危险;库水位骤降至死水位时的最大速率不应超过2 m·d~(-1).     

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.     

降雨条件下不同非饱和参数的数值模拟研究

降雨条件下边坡渗透稳定性研究十分重要,但是考虑气候因素下的边坡温湿耦合研究则较少.基于广西某边坡,对考虑气候条件下的边坡渗透稳定性进行了数值模拟,得到了不同监测点孔压、温度、位移及安全系数.数值仿真结果表明:降雨条件下边坡孔压不断升高,停雨后由孔压逐渐回落,监测点越靠近坡脚,孔压上升幅度以及整体上的孔压值均大于远离坡脚的监测点.进气值a越大,m、n及k值越小,边坡内部整体的温度越高,与此同时,距离坡脚越近,温度变化幅度要大于远离坡脚的监测点;边坡位移与安全系数在降雨前期变形较大,而在降雨后期及停雨过后较小,参数a与k对边坡位移影响较大,而参数m、n影响则较小;对考虑蒸发条件下的边坡温湿耦合情况下的渗透稳定性规律进行了灰关联度敏感性分析,进气值a与渗透系数k是影响边坡稳定的关键因素,而拟合参数m及n影响较小.     

饱和渗透系数空间变异性对边坡稳定性的影响

研究了降雨雨型、雨强和持时对边坡孔隙水压力分布的影响以及降雨入渗条件下饱和渗透系数的空间变异性对孔隙水压力、含水率、抗剪强度参数、局部安全系数等参数空间分布的影响。研究结果表明,降雨特性对边坡孔隙水压力的影响较大;受渗流主方向影响,降雨条件下饱和渗透系数的水平波动尺度对孔隙水压力及含水率的变异性影响小于竖向波动尺度,降雨致滑坡的临界滑面基本与坡面平行且深度较浅;随着饱和渗透系数水平波动尺度的增加,滑坡深度随之增大,从总体上坡体上部局部安全系数随饱和渗透系数竖向波动尺度的增加而减小。     

库水降落时坝面缺陷土工膜的局部抗滑稳定性

在分析坝面土工膜缺陷渗漏和失稳机理的基础上,采用非恒定非饱渗流理论,计算坝面土工膜防渗土石坝库水降落时的瞬态渗流场,获取膜后孔压动态分布规律,进而分析土工膜的局部抗滑稳定性随库水降落时的变化特性,同时对库水降落速度、缺陷属性、垫层透水性进行敏感性分析.结果表明:(1)库水降落速度对坝面完好土工膜的局部抗滑稳定性影响很小,但对缺陷土工膜影响显著,土工膜存在局部失稳可能,库水降落速度越大,安全系数降幅越大;(2)土工膜缺陷位置对其局部抗滑稳定性影响显著,缺陷位置越高,安全系数降幅越大;(3)缺陷尺寸对土工膜局部稳定性影响不大;双缺陷较单缺陷相比,其对土工膜局部稳定性的影响不明显;(4)垫层的透水性对土工膜局部抗滑稳定性影响较为显著,透水性好的垫层对土工膜抗滑稳定有利.     

库岸堆积体斜坡降雨过程稳定性研究

在对降雨入渗及其引发边坡失稳机制的研究基础上,基于饱和非饱和渗流数学模型,运用延伸的摩尔库伦强度理论,对某库岸堆积体斜坡进行了降雨过程的饱和非饱和渗流场计算和稳定分析.表明降雨是导致库岸堆积体滑坡的主要外动力因素之一,并得出了在采用实际可能降雨特征时,库岸堆积体的最小安全系数发生在雨后一定时间内的结论,这与实际工程情况相吻合,可更合理的解释因降雨引发的库岸堆积体滑坡问题.