压实残积土降雨渗流特性与填土边坡排水设计研究

利用有限元数值分析研究降雨强度与持续时间对于福建地区压实残积土的影响,发现降雨强度变大或持续时间延长都能使压实残积土内的地下水位上升,局部区域孔隙水压力增大,渗流速率也发生变化,从而影响压实残积土的稳定性.证实了存在降雨临界持续时间,一旦降雨持续时间超过了临界持续时间,且降雨强度随其持续时间下降,地下水位线高度随降雨持续时间变长而降低,安全系数转而变大.探讨了设置水平排水设施的压实残积土在一定量降雨条件下的孔隙水压力、渗流速率、地下水位以及压实残积土稳定性的变化过程及其特点,发现水平排水设施的位置与数量对于排水效果的影响十分突出.     

降雨入渗下残积土坡失稳因素的敏感程度分析

以福州地区典型残积土为例,基于饱和-非饱和渗流理论,分析了降雨条件、土质物理力学参数、边坡几何形态等11种因素与边坡稳定性的关系,然后采用灰色关联法分析以上因素对于边坡稳定性的敏感程度与权重.结果表明:降雨条件下影响边坡稳定性的影响因素中,土体有效粘聚力和有效内摩擦角对边坡稳定性影响权重最大且相当;降雨强度是诱发残积土边坡失稳的重要因素,建议加强排水功能,减少降雨对边坡整体稳定性的影响;其余因素均对残积土边坡稳定性有较大影响,权重值大小相差不大.     

降雨条件下草本植物根系对残积土边坡渗流稳定性的影响

为研究紫穗槐和胡枝子两种植被根系对残积土边坡的渗流稳定性影响,本实验研究设计采用数值模拟的方法进行研究,以Geo-studio软件为平台,计算分析不同降雨强度作用下,裸坡与指数形根系和均布形根系对边坡渗流及稳定性的影响规律,计算的内容包括孔隙水压力、饱和度和安全系数。研究结果表明：植被边坡的孔隙水压力的上升速度大于裸坡,指数形根系边坡的敏感性高于均布形根系边坡;植被边坡比裸坡易达到饱和,指数形根系边坡对饱和度的变化同样具有较高的敏感性,饱和度变化幅度与降雨强度呈负相关的关系;对残积土边坡稳定性影响效果,指数形根系对边坡稳定性表现得更有利,降雨强度较小时均布形根系提高作用稳定,降雨强度增大时其安全系数向裸坡靠拢,而指数形根系在四种降雨强度下对边坡仍可稳定发挥提高作用,且安全系数一直位于均布形根系之上,对提高残积土边坡稳定性的积极性更高。     

不同压实度花岗岩残积土的渗流模拟

以桂东南地区不同压实度的花岗岩残积土为研究对象,结合显微CT(micro computed tomography,微计算机断层扫描技术)扫描试验与Avizo软件中先进的数字图像处理技术提取孔隙网络模型.然后基于流体力学的传统方法(computational fluid dynamics,CFD),将孔隙结构的数字岩心模型导入Comsol进行微观尺度的渗流模拟,从微观角度研究水在不同压实度花岗岩残积土孔隙中的渗流特性,并与实测渗透率对比,检验数字岩心模型准确性、代表性.研究结果表明:花岗岩残积土渗流过程中,最大速度出现在连通性好的孔隙中心区域,且远超其他部位,沿着孔隙中心向外壁的方向,渗流速度逐渐减小;在连通性差的区域,流速近乎为0.随着压实度的增加,花岗岩残积土的孔隙连通性变差,各个截面上的孔隙结构发生变化,且各截面的平均渗流速度逐渐减小,这表明压实度对花岗岩残积土的渗流特性有重要影响.压实度为90％、100％、110％花岗岩残积土的平均渗透率模拟值分别是实测值0.9、1.35、0.77倍,该数字岩心模型能较准确地代表压实土体内部真实的孔隙渗流特征.     

干湿循环下万州侏罗系泥岩残积土的环剪试验

对取自万州区侏罗系库岸某泥岩残积土,分别进行5次、13次和21次干湿循环后得到3组重塑样,利用大型环剪仪开展固结不排水剪切和自然排水残余剪切试验.试验结果表明:随着干湿循环次数的增加,饱和泥岩残积土在不排水剪切过程中更易产生较高的超孔隙水压力,不排水残余强度因干湿循环而劣化;随着干湿循环次数的增加,饱和泥岩残积土的有效残余黏聚力急剧增大,有效残余内摩擦角则显著减小,残余强度变由粒间黏聚力基本控制;泥岩残积土的残余强度具有显著的剪切速率相关性,且在较小的速率范围内具有"负速率效应",而在较大的速率范围内则有强烈的"正速率效应".随着干湿循环次数的增加,残余强度表现出强"正速率效应"的起始速率将减小.研究结果对三峡库区侏罗系岸坡在季节性降雨和周期性库水位变动下的稳定性评价具有一定的参考价值.     

压实度对黄土填方边坡变形破坏特征的影响及细微观试验研究

压实度是影响黄土填方边坡稳定性的重要因素。目前很少有学者将宏观(模型试验)、细观(三轴试验)以及微观(扫描电镜试验)等手段联合起来研究压实黄土。为此开展了不同压实度下模型试验、等压固结不排水(isobaric consolidation undrained, ICU)试验和扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)试验。分析了不同压实度下压实黄土的饱和强度、临界状态、孔隙水压力和峰值强度(u-q_max)关系,同时也分析了不同压实度下微观孔隙结构特征,统计了不同孔隙类型个数、面积以及孔隙的平均面积、孔隙率和概率熵等。研究结果表明：饱和强度、临界状态线的斜率M值、u-q_max关系均随压实度的增大而增大。随着压实度增大,试样的孔隙个数增大,但孔隙面积减小,且微小孔隙决定了压实黄土的孔隙结构;平均孔隙面积、孔隙率随压实度增大而减小,而概率熵则随压实度增大而增加。黄土填方边坡中,增大填料的压实度可以提高土体的强度,减缓水分的入渗速率。在降雨情况下,增加土体压实度能在一定程度上提高黄土填方边坡的稳定性。     

不同降雨条件下典型海绵城市渗流场特征研究

利用有限元软件Geo-slope,以遂宁市河东新区海绵城市建设试点区内多级别音乐公园与透水停车场为研究对象建立非饱和二维剖面模型,对不同降雨强度、降雨持时下海绵结构渗流场变化特征进行数值模拟计算分析,发现不同降雨工况下地表各处仍出现暂态饱和区,即不同类型海绵结构能有效缓解城市道路积水、内涝灾害;海绵设施以及附近区块降雨汇集、下渗量较大,促使地表以及地下水位附近的孔隙水压力增长速率加快(-50 k Pa～5 k Pa),但超过一定深度以后的孔隙水压力几无变化.     

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.     

真空预压影响区地下水位变化的计算

基于渗流理论,采用一维非稳定渗流模型,阐述了边界为变水头条件下的真空预压影响区地下水位变化的解析方法。利用加固区平均地下水零压线作为边界条件,推导了排水边界上降深随时间变化的一维非稳定渗流,得出影响区土体中地下水位的变化规律。通过算例,分析了影响区渗透系数以及预压区排水速率等因素对影响区地下水位的影响。结果表明,对于渗透性较低的软黏土而言,采用非稳定渗流分析是必要的,影响区渗透系数是区外地下水位变化的主要因素。预压区排水速率只影响区外渗流趋于稳定的时间,对渗流范围的影响较小。     

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.     

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。     

降雨影响下残积土层中深基坑变形特性测试及分析

残积土水稳性差,强度参数随饱和度和应变水平变化而变化.为了研究深厚残积土层中的基坑变形特性受降雨的影响,依托厦门某残积土深基坑工程开展围护桩变形和坑外地面沉降的监测;结合开挖工况和降雨数据,探讨降雨条件下残积土结构弱化对基坑支护结构和土层环境变形响应的影响.结果表明:基坑围护结构和土体的变形在连续降雨阶段较小,在雨停后的排水清淤阶段开始缓慢增大;排水清淤后继续开挖,基坑变形急剧增大.开挖结束后,基坑围护桩的最大侧向变形量约为无降雨影响下的1.5倍,坑外地表沉降的影响范围从开挖深度的1.5倍增至2.5倍.研究结果对受降雨影响的残积土基坑的工程应用具有一定的参考意义.     

降雨渗流作用下残积土边坡的数值分析

介绍了某残积土边坡受降雨影响的变形特点及边坡渗流分析计算理论,得到了残积土边坡降雨作用下的稳定渗流场,编制了考虑降雨渗流引起渗透力作用的边坡非线性有限元计算程序,计算模型采用Duncan非线性弹性模型和修正v值的Duncan模型.根据计算结果,分析了降雨渗流对残积土边坡的应力和变形的影响.边坡应力水平较小,但应重视边坡变形引起裂缝的防治.     

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。     

水力性质和降雨模式对黄土边坡变形规律的影响

服役期边坡破坏很大程度上取决于降雨与边坡土体性质.为明确土体水力特性和降雨模式的具体影响程度,以陕北地区降雨特征和抗滑桩边坡实例为背景,利用ABAQUS有限元软件建立地下水位深埋坡体降雨过程的数值计算模型.分析了Van Genuchten模型参数、饱和渗透系数、降雨强度、降雨类型与降雨持时对排水不同土质边坡位移场与渗流...     

降雨条件下城墙土水特性与稳定性研究

降雨入渗会影响城墙稳定性，最终导致城墙失稳坍塌。文中以城墙为研究对象，通过试验得到了土体的物理力学特性和非饱和特性，以试验数据为基础得到了以含水率为变量的抗剪强度公式，基于Bishop法得到安全系数的表达式。对不同工况下城墙边坡进行渗流场有限元分析与稳定性评价，并对梅雨季城墙稳定性变化及孔隙水压力分布进行分析。结果表明，随着降雨的不断进行，孔隙水压力逐渐增大，表层土体开始饱和，前期入渗深度不断增加，后期地下水位上升。梅雨季城墙稳定性持续下降，受降雨总量和降雨时长影响较大。研究成果可为区域典型气候条件下的该地区城墙修缮等工程的设计与施工提供理论参考。     

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.     

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.     

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。     

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。