强降雨致洪因素下渗流对高速公路路基稳定性的影响

近年来由于全球变暖的影响,极端降雨事件频发.洪水灾害多由暴雨引起,极端降雨一旦诱发洪水,会增大灾害的破坏力,严重威胁高速公路路基稳定性.采用有限元分析的方法,分析不同降雨强度、强降雨致洪作用下路基模型的渗流场、位移分布规律和安全系数的变化规律,探究降雨入渗、洪水渗流作用对高速公路路基边坡稳定性的影响.得出结论：(1)高速公路路基安全系数随降雨时长和强度的增加而降低,降雨强度越大,延长降雨时间对路基边坡安全系数的影响越大,路基的安全性能折损越严重,失稳风险越大.(2)高速公路路基的安全系数随着强降雨诱发的洪水高度的增加而降低,洪水水位越高,行洪时间的延长对路基边坡安全系数的影响越大,路基的安全系数折损越严重,失稳风险增加.(3)对比洪水对自然状态下的路基进行渗流,强降雨致洪条件下路基更容易失稳.与洪水直接对自然状态下公路路基渗流相比,若洪水作用前路基经历72 h强降雨（20 mm/h）作用,4、6、8 m高洪水分别导致安全系数降低15.368%、21.438%、13.928%.     

考虑降雨及开挖影响下的厚覆盖层边坡渗流特征及稳定性

基于厚覆盖层边坡失稳机理,结合广西桂林—北海高速公路某覆盖层路堑边坡实地情况,设计雨型相同但降雨量不同的3种方案。采用有限元计算软件对考虑降雨及开挖影响下的厚覆盖层边坡渗流特征及稳定性进行研究。研究结果表明:对于形式为"覆盖层土体+基岩"的边坡,其在强降雨作用下坡脚内部浸润线呈"J"形变化;坡脚土体饱和后浸润线沿土-岩交界面向上移动;在同等条件下,边坡开挖导致降雨入渗速度加快,浸润线呈的"J"形变化的特征更明显,且上升高度较开挖前有所提高;决定边坡初始状态下稳定性的主要因素有降雨初始强度与边坡开挖状态,而决定边坡稳定性变化幅度的主要因素为降雨强度与降雨持续时间。     

考虑降雨入渗的边坡稳定性数值分析

运用有限元软件ABAQUS模拟降雨条件下边坡渗流场和应力场耦合,并运用强度折减法,以监控点位移突变和边坡形成连续贯通的塑性变形为边坡失稳判据,采用数值方法计算出耦合后的安全系数,结合孔压演变分析,综合评价稳定性变化情况,从而研究降雨影响边坡稳定性的机理,并通过含黏土层边坡工程实例进行验证.分析发现:降雨强度越大,浅层土体形成饱和区的速度越快,极易发生浅层滑坡,而黏土层则会加速上述过程,危害边坡稳定性;在降雨24h内,安全系数降幅最大.该研究结果为降雨条件下边坡事故防治提供了参考和分析依据.     

干湿循环下红黏土路堤边坡稳定性分析方法研究

红黏土边坡破坏面形状并非圆弧面、参数选取不合理、对雨水入渗考虑不够充分是当前红黏土边坡稳定性分析中存在的主要问题,导致传统计算方法的计算结果不太可靠。通过理论分析和数值模拟,提出了干湿循环下红黏土路堤边坡的稳定分析方法,并进行了工程算例验证。结果显示,干湿循环和红黏土边坡损坏特征有关。土体强度、水压等物理指标的下降均导致稳定性降低。建议将边坡分为三层,裂缝较多层、裂缝一般层、裂缝较少层来进行稳定性分析,各个范围层采用不同强度指标。提出了基于复合滑动面(折线-圆弧)红黏土边坡稳定性分析方法,并进行了工程算例验证,结果表明本文提出的方法是可行的。     

干湿循环与降雨对黄土边坡稳定性的影响研究

为了研究干湿循环和降雨叠加作用对边坡稳定性的影响,以太原市迎泽区黄土边坡为例,基于Mein-Larson修正模型计算浸润锋深度,通过干湿循环和直剪试验,得到浸润锋内黄土抗剪强度参数弱化规律,结合弱化规律并使用改进强度折减法研究不同情况下黄土边坡的稳定性。研究结果表明:①黄土粘聚力、内摩擦角均随着循环次数增加而弱化,弱化趋势先快后慢,最终趋向于残余值,抗剪强度参数残余值可为边坡防护工程的设计参考;②相同降雨量下,与只考虑降雨作用相比,综合考虑干湿循环和降雨影响时安全系数最多会减小47%,并且安全系数发生突变的时间和边坡破坏时间均大幅提前;③使用改进强度折减法计算边坡安全系数比传统方法更安全合理。因此,在分析降雨对边坡稳定性影响时,干湿循环作用和降雨作用应综合考虑。该研究方法在研究黄土边坡稳定性的实际工程应用中具有很大的现实意义。     

降雨渗流场分布下边坡稳定性影响因素的探究与分析

针对降雨入渗条件下的边坡稳定性问题,采用非饱和土理论进行了降雨入渗过程的数值计算研究,围绕降雨强度、渗透系数对边坡稳定性的影响进行了4个算例的计算与分析.利用Geo-Studio软件进行了数值模拟,主要研究结论为:(1)土体的基质吸力有利于边坡的稳定,忽略基质吸力得到的结果会严重偏小;(2)降雨强度对低渗透性模型的影响不明显,对于高渗透性模型的影响较大;(3) 坡角处以及坡顶处会出现应力集中,且土体在该位置处的强度较低.上述研究能够为实际工程中边坡的防治提供一定的技术支持.     

降雨雨型和强度对土边坡稳定性影响分析

自然界绝大多数滑坡都是在降雨期间发生的.研究降雨诱发滑坡机制具有十分重要的意义.选取南京板桥河某堤段边坡,利用SLOPE/W和SEEP/W耦合进行土坡稳定性分析.通过建立不同降雨雨型和降雨强度影响下的土坡仿真模型, 并对暂态渗流场进行相应的数值计算,分析了不同降雨雨型和强度对土坡稳定性的影响.计算结果分析表明:(1)边坡安全系数随降雨雨型的变化而变化;(2)降雨持时相同,边坡安全系数随降雨强度增大而降低;(3)只有经过一定的降雨持时,安全系数才会明显变化.     

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。     

考虑渗透系数空间变异性的降雨作用下边坡大变形破坏特征

合理评估降雨作用下边坡破坏特征是滑坡灾害防控及预警的重要前提.为了揭示土体渗透系数空间变异性对降雨作用下边坡大变形破坏特征的影响规律,综合利用极限平衡方法计算效率高和物质点法可模拟边坡大变形的优势,提出了随机极限平衡-物质点耦合分析方法(RLE-MPM),并开发了MATLAB-HYDRUS-Anura 3D这3个软件的接口实现程序.首先,利用HYDRUS模拟边坡降雨入渗过程,得到每个土层单元的含水率及孔隙水压力分布特征;其次,采用局部抗剪强度法更新每个物质点的等效抗剪强度及重度;最后,利用随机物质点法(RMPM)进行降雨作用下边坡大变形破坏概率计算、破坏模式识别及大变形破坏特征评估.研究结果表明：RLE-MPM方法可模拟日本Tokai-Hokuriku降雨型滑坡水-力耦合过程,模拟得到的滑坡最终堆积形态与现场调查结果基本一致.相较于RMPM,RLE-MPM方法计算边坡失效概率的效率更高,并且能够有效识别降雨作用下3种边坡破坏模式,即完全破坏模式、剪切带破坏模式、渐进式破坏模式.此外,降雨历时对非均质边坡大变形破坏模式及其特征均具有重要的影响.     

降雨及坡体组成对堆积型边坡稳定性的试验研究

滑坡灾害是常见地质灾害之一,人类工程数量和规模的发展,致使堆积体滑坡灾害在滑坡灾害中的比重不断增大,如何保障堆积体稳定性值得研究。本文通过试验测试的方法,从堆积体材料的组成出发,对比分析不同降雨强度、不同含土率、不同骨料比例对堆积体稳定性的综合影响。试验结果表明：（1）堆积体的含土率对滑坡规模影响较大;（2）降雨强度与堆积体破坏程度成正比关系;（3）堆积体的临界坡度越大其稳定性越好。在工程实际中,为确保人工堆积体边坡具有较好的稳定性,应合理规划堆积体的材料组成,降雨期间应着重监测含土率较大、临界坡度较小的堆积型边坡。     

土坡各参数对土坡稳定性的影响研究

建立了边坡稳定性分析的平面直角坐标系,得到了该坐标系下的边坡稳定分析瑞典圆弧法的积分表达式。以简单均质黏性土坡为研究对象,结合 Matlab 遗传算法工具箱,建立了基于瑞典圆弧法的遗传算法优化模型,实现了边坡稳定分析最小安全系数的自动寻优。通过实例进行验证和对比,表明该方法是行之有效的,经大量实例计算,得到了土坡参数对土坡安全系数 Fs 、滑移体断面面积 A、滑移体周长 L 的影响的规律。     

降雨条件下不同类型植被边坡稳定性的研究

降雨对植被边坡稳定性的影响是目前生态护坡领域研究的热门话题。基于MIDAS GTS/NX,结合张家口地区某边坡工程背景并选取当地常见的护坡植被,针对裸露边坡、高羊茅（Festuca arundinacea）植被边坡、小叶黄杨(Buxus microphylla)植被边坡以及高羊茅-小叶黄杨混合植被边坡四种工况,对降雨条件下边坡内部土体孔隙水压力随时间的变化以及边坡稳定性的大小进行对比分析研究。结果表明：（1）在相同的降雨强度和降雨时长条件下,三种植被边坡的入渗速率均小于裸露边坡,植被边坡相对于裸露边坡有着更好的持水能力。在四种不同类型的植被边坡中,高羊茅植被边坡孔隙水压力增幅最小,位于坡顶、坡面、坡底的土体仍然维持了部分基质吸力,高羊茅植被减小了降雨的影响深度。（2）降雨结束后,高羊茅植被边坡较其他植被边坡安全系数最大,高羊茅植被增加了边坡土体的有效应力,更能有效地提升边坡的稳定性。上述研究旨在为降雨对植被边坡的影响提供参考,为半干旱地区的植被护坡技术提供指导。     

降雨和地震作用下碎石土边坡稳定性及支护方式研究

 依托四川省汶川至九寨沟段高速公路第06标段（川主寺至九寨沟段）边坡工程,采用FLAC软件模拟,考虑降雨与地震作用,以水平位移、塑性区和滑移面为边坡失稳评价指标,研究了高海拔、高烈度地区碎石土边坡在降雨及降雨-地震共同作用这两种工况下支护前后的稳定性,提出了合理的支护方案。结果表明：强降雨导致的边坡浅层面溜滑主要发生在黏土与碎石土交界面处,滑动面为平面型,采用锚杆框架梁支护可保证边坡稳定;降雨-地震共同作用下边坡的破坏范围扩大,碎石土边坡沿土体内部约12 m深处出现圆弧型滑动面,主要发生在黏土与碎石土交界面处,采用复合抗滑桩和锚杆框架梁组合支护方式可以保证边坡稳定。     

降雨对花岗岩残积土边坡孔压及稳定性影响

针对一个花岗岩残积土边坡的简化模型,基于非饱和渗流理论和Bishop条分法,利用Geo-Studio软件,对4种不同降雨模式下的边坡孔隙水压力和稳定安全系数进行计算与分析,得到主要结论:(1)降雨入渗对花岗岩残积土边坡的中上部有较显著的不利影响;(2)不同降雨模式对花岗岩残积土边坡的影响时效差异较大,前峰型和均布型、中峰型、后峰型降雨的最不利影响时刻分别在降雨后1.0~1.5d、1.5~2.0d、2.5~3.5d;(3)降雨入渗引起的花岗岩残积土边坡失稳形式,极可能是从坡体中部诱发的浅层滑坡。     

地震和降雨条件下黄土高填方边坡稳定性分析

针对地震和降雨会影响黄土高填方边坡稳定性的问题,采用地震动力计算、完全流固耦合计算和强度折减计算,对正在使用的黄土高填方边坡进行分析,并对边坡土体位移时程、加速度功率频谱、吸力、有效应力和最小安全性系数进行分析,研究地震和降雨入渗条件对正在使用的黄土高填方边坡稳定性的影响.结果表明:地震作用对黄土高填方边坡表层土体作用大于填方基底土体作用;降雨入渗对边坡土体的影响范围为表层土体和浅层土体;降雨入渗使得边坡表层土体的吸力和有效应力减小,而使浅层土体局部吸力增大;降雨过程中边坡表层土体有效应力减小,浅层土体有效应力先增加后逐渐减小;地震后降雨入渗引起边坡最危险滑移面区域发生改变,降雨速率和降雨持续时间均对最小安全性系数有影响,降雨结束后边坡最小安全性系数降低.该研究为三维条件下地震和降雨入渗对正在使用的黄土高填方边坡稳定性研究提供参考.     

降雨作用下路堤边坡水毁机理及影响因素分析

为明确降雨对路堤边坡内部渗流场以及稳定性的影响,对路堤边坡水毁机理及其主要影响因素进行了研究.在特定土质、压实度以及冲刷入渗时间等控制条件下,通过边坡模型试验探究降雨对边坡坡面冲刷破坏过程的特征,运用GeoStudio程序进行数值模拟分析,找出降雨作用下路堤边坡内部渗流场和稳定性的变化规律.结果表明:降雨过程中雨水冲刷...     

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.