不同类型降雨条件下含裂隙土质边坡渗流特性分析

裂隙破坏了土体完整性,使得土体的渗流特性差异较大.为研究含裂隙土体在不同类型降雨条件下的渗流特性,利用Geo-slope软件中的Seep/w模块进行了模拟分析,就不同裂隙方位角α,不同的渗透系数比值μ以及不同裂隙深度h在不同类型降雨条件下的体积含水量与孔压变化规律进行了探讨,结果表明:不同裂隙深度土体内部含水量与孔压均存在一个最大影响深度,裂隙深度越大,影响深度越大;土体渗透比越大,土体表层含水量消散速度越快,但土体渗透比大于10后渗流要素差异较小;裂隙角度越小,土体内部含水量与孔压上升越快;不同类型降雨影响了含裂隙土体内部孔压与体积含水量的瞬时数值变化大小,对于孔压以及体积含水量的变化规律影响较小.研究成果为认识裂隙边坡在不同类型降雨条件下的渗流规律提供了相应的参考.     

不同降雨条件下裂隙性土质边坡渗流特性分析

降雨入渗条件下裂隙性土质边坡稳定性与降雨强度及降雨类型密切相关.为探究不同降雨强度及不同降雨类型对裂隙性土质边坡降雨入渗过程的影响,运用Geo-studio有限元分析软件中的Seep/w模块,研究了不同裂隙深度及孔隙比的裂隙性土质边坡在小雨、中雨及大雨情况下分别经历前锋型、平均型、中锋型及后锋型4种不同降雨类型的渗透特性,得到了裂隙面的孔压与体积含水量变化规律,结果表明:存在临界渗透比ε′,渗透比大于ε′,体积含水率及孔压随埋深增大而增大,反之,随埋深增大而减小.渗透比大于临界渗透比,不同雨强及雨型条件下土体体积含水率及孔压随埋深变化均呈反S型,拐点深度由裂隙深度决定.不同降雨类型使某一时段内土体体积含水量及孔压在数值上产生差异.不同降雨强度决定裂隙边坡土体渗流过程的控制因素,降雨强度大于土体入渗强度时,降雨入渗由土体渗透系数控制,降雨强度足够大时,不同渗透比下的裂隙土体体积含水率变化趋势将会相同.     

不同类型降雨条件下的基坑边坡渗流特性研究

针对基坑边坡在不同类型降雨条件下的渗流特性研究较少这一不足,以江苏某经济开发区某基坑边坡为例,研究了不同类型降雨条件下基坑边坡不同位置的渗流特性进行了数值模拟,得到了不同监测面的孔压与体积含水量变化规律,结果表明:上部监测面孔压变幅较大区域深度大于中部监测面同时大于下部监测面,孔压随着降雨的进行迅速增大,而后逐渐消散;含水率变化规律与孔压类似;不同降雨类型体表层孔压与体积含水率达到最大的速度大小排序分别为前锋型降雨≥平均型降雨≥中锋型降雨≥后锋型降雨,对整体体积含水率变化的影响较小。     

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.     

考虑二维降雨入渗的非饱和土边坡瞬态体积含水率分析

降雨是非饱和土边坡失稳的关键因素之一,非饱和土体的强度与体积含水率有密切的关系。考虑二维降雨入渗条件,基于非饱和土达西渗流定理及质量守恒定律建立了非饱和土的二维降雨入渗模型方程。基于交替隐式有限差分法,采用MATLAB编制了计算程序,对方程进行了数值计算,研究了不同降雨条件、边坡内部不同位置的瞬态体积含水率分布。研究表明,由于考虑了水平方向的入渗,边坡内随着深度和水平距离的增加,体积含水率都发生了变化,在距离边坡表面1m左右时,体积含水率变化率变小,边坡表层的体积含水率变化远远大于边坡深部。初始体积含水率越小,边坡体积含水率变化越大,这对边坡的稳定性不利。     

降雨-蒸发作用下膨胀土边坡的非饱和渗流分析

针对非饱和膨胀土边坡问题,考虑降雨、地表水入渗、地下水径流、地表蒸发、植被蒸腾等因素的作用,运用二维非饱和渗流模型求解不同气候条件下膨胀土边坡孔压、体积含水量的变化情况,通过分析得到如下结论:①持续降雨后,坡体内吸力减小,其中坡脚处的孔压最先达到正值,其次是坡中,最后是坡顶,因此持续降雨可扩大饱和区的范围,使边坡安全度降低;②坡脚、坡中及坡顶处体积含水量的差异除与土体孔压相关外,还与土体的水分特征曲线参数相关;③降雨-蒸发的干湿循环促使膨胀土滑坡内部土体的孔压、含水量的变化,从而形成裂隙,减小强度,降低边坡的安全度.     

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。     

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.     

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。     

蒸发−降雨条件下膨胀土边坡裂隙演化模拟

为探究大气作用下膨胀土边坡裂隙的演化规律,以南阳地区膨胀土为研究对象,首先,通过室内单元试验测定南阳膨胀土的胀缩系数;其次,采用有限元法分析不同大气条件下膨胀土边坡的非饱和土渗流问题;最后,基于室内试验与有限元计算结果,采用离散元法模拟蒸发?降雨作用下膨胀土边坡裂隙的演化过程.研究结果表明:表层土体的含水率受气候影响较...     

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。     

前期降雨对非饱和覆盖层边坡性状及稳定性的影响

基于非饱和渗流及非饱和抗剪强度理论,以前期降雨强度为变量,对考虑前期不同降雨强度下的边坡体积含水率、有效应力场、位移场以及边坡稳定性变化过程进行数值模拟分析,得到前期降雨强度变化对覆盖层边坡性状以及稳定性的影响。研究结果表明:前期降雨强度越大,无差别降雨作用后边坡各位置含水率越大,对边坡最终含水状态起决定性影响的是前期降雨强度;无差别降雨过后,边坡相同位置的有效应力与前期降雨强度成反比,边坡深部有效应力下降幅度较小而边坡坡脚处有效应力下降幅度较大,边坡坡脚处位移与前期降雨强度呈正比;无差别降雨过后,边坡安全系数随着前期降雨强度的增大而减小,前期降雨对边坡稳定性的影响主要表现在前期降雨强度越大,边坡初始安全系数越小。     

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.     

基于足尺模型试验的边坡裂隙发展演化规律

以安徽沿江地区裂土为研究对象,开展降雨-蒸发作用下裂土边坡足尺模型试验,测量土体表层含水率、基质吸力及裂隙深度,采用图像矢量化技术提取边坡不同部位裂隙几何参数,研究平面及深度方向裂隙发展演化特征,划分裂隙类型,揭示边坡裂隙发展演化机理。研究结果表明:裂隙的发展演化受其所处位置和降雨-蒸发次数控制。坡顶中后缘部位受边坡临空面影响较小,裂隙均为干缩裂隙,属I型张开断裂;坡肩及坡顶前缘受临空面影响较大,裂隙为干缩-剪切复合裂隙,属I-Ⅱ复合型断裂;平面上,干缩裂隙的裂隙率与含水率呈高度线性负相关,干缩-剪切复合裂隙率与含水率线性关系较差;随降雨-蒸发次数增加,裂隙的平均宽度逐次增加,裂隙总长度表现为前期波动变化,后期趋于稳定,其中坡肩附近复合裂隙的裂隙率和平均宽度最大,其裂隙总长度小于坡顶干缩裂隙总长度;干缩裂隙在平面上呈网状结构,干缩-剪切复合裂隙平面上出现显著定向特征;深度方向上,裂隙导致相应深度基质吸力在降雨时剧烈下降、在干燥时剧烈上升;干缩裂隙竖直发展,干缩-剪切复合裂隙出现转向现象;总体上,坡肩处裂隙最发育,坡顶次之,坡脚最弱,坡体的破坏始于坡肩处的干缩-剪切复合裂隙。     

坡度对膨胀土边坡径渗流特性的影响规律探究

为了探究坡度对膨胀土边坡径渗流特性的影响规律,开展了膨胀土边坡的人工降雨模型试验,对不同坡度边坡的径渗流分配特性及土体含水量随时间的变化特征进行分析。结果表明:(1)在相同的降雨条件下,坡度小的边坡,地表径流出现的时间越晚,雨水在边坡上以入渗为主、地表径流为辅的现象越明显;(2)随着坡度的增加,地表径流在降雨中的比例增大,边坡同一深度土体含水量在相同降雨时间下的增量越小,坡度对产流时间、径渗流分配特性、边坡土体含水量的影响不断减弱;(3)随着降雨入渗时间的增加,边坡不同深度的土体含水量变化在时间上呈现出一定的滞后性现象。     

降雨入渗条件下路堑边坡稳定性

分析了降雨入渗对路堑边坡稳定性的影响机理和特性,以非饱和渗流理论为基础,建立了入渗条件下的流-固耦合数学模型及SWCC模型模型,并根据现场土质特性对广东某环城高速公路堑边坡在不同降雨强度下的坡内水压力和流速分布进行了预测,并计算得到了降雨入渗后的安全系数.结果表明:随着土体含水率增加,内摩擦角和粘聚力下降导致抗剪强度急剧下降,是边坡失稳的根本原因; 随着降雨强度的增大,最小安全系数不断减小.     

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。     

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。