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。     

考虑损伤及非饱和效应的炭质泥岩路堤稳定性分析

为了分析降雨条件下炭质泥岩路堤的稳定性,基于考虑岩土体损伤的Hoek-Brown准则,结合非饱和抗剪强度理论,提出一种考虑损伤及非饱和效应的路堤稳定性分析方法,并利用该方法对算例炭质泥岩路堤的降雨入渗过程及稳定性进行研究。研究结果表明:提出的路堤稳定性分析方法具有较强的针对性和实用性,能够同时考虑损伤及非饱和效应对路堤稳定性的影响;在降雨条件下,边坡表层孔隙水压力变化幅度、暂态饱和区形成范围均与降雨强度、降雨时间呈正比;在降雨过程中,边坡表层孔隙水压力逐渐增大,暂态饱和区自坡面向路堤内部不断延伸,路堤表层及内部塑性区沿坡面及路堤内部不断向坡顶延伸,路堤安全系数逐渐降低;降雨停止后,边坡表层孔隙水压力持续降低,暂态饱和区自上往下逐渐消散,路堤表层及内部塑性区均先增加后减小,路堤安全系数先小幅度降低,后持续增大。     

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。     

降雨入渗条件下多层顺层软弱夹层土坡稳定性分析

为了分析降雨入渗条件下多层顺层软弱夹层土坡的稳定性,基于饱和-非饱和渗流理论和稳定性分析理论,以京珠高速(长沙-湘潭段)左侧某含多层顺层软弱夹层土坡为研究对象,建立了相应的多层顺层软弱夹层边坡数值分析模型,分析了该类边坡在降雨入渗条件下的渗流特性及稳定性变化规律。研究结果表明,边坡软弱夹层内基质吸力在降雨入渗条件下的减小速率较快,在降雨停止后的回升具有一定的滞后性;边坡软弱夹层内体积含水率在降雨入渗条件下逐渐增加至饱和,然后维持在饱和状态,形成暂态饱和区;降雨停止后,暂态饱和区在短暂的维持后开始慢慢消散,整体呈现"凸"型分布;边坡湿润锋主要沿坡前软弱夹层向边坡内部扩展,并在软弱夹层内形成锋面,整体形成波浪状分布;边坡安全系数随降雨历时的增加而逐渐减小,减小速率具有突变性。因此,在降雨入渗条件下,多层顺层软弱夹层土坡的破坏发育形式往往具有一定的牵引性和突变性。     

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。     

降雨入渗参数对粗粒土路堤暂态饱和区影响的数值模拟

为探讨降雨入渗条件下粗粒土路堤边坡暂态饱和区的形成条件,分析降雨入渗参数对暂态饱和区发展规律的影响,基于室内外试验数据与实际气象数据,拟定不同的数值计算方案,采用降雨入渗理论对降雨入渗参数影响下粗粒土路堤边坡雨水入渗过程进行数值模拟。结果表明：降雨强度q与饱和渗透系数ksat的比值是决定路堤内雨水入渗方式及暂态饱和区形成的关键因素,当q／ksat≥1.5时,路堤边坡表面及坡脚水平面将形成一定深度的暂态饱和区,暂态饱和区的形成增大了路堤发生失稳的可能;降雨入渗仅会引起路堤边坡坡面以下水位大幅度上升,对路面中部以下地下水位影响有限;路堤边坡暂态饱和区的扩展速度主要取决于q与ksat的大小,而暂态饱和区形成的时间与扩展面积则受到降雨强度、降雨历时与饱和含水率的共同影响。     

Numerical simulation of effects of rainfall infiltration parameters on transient saturated areas of coarse-grained soil embankment

为探讨降雨入渗条件下粗粒土路堤边坡暂态饱和区的形成条件,分析降雨入渗参数对暂态饱和区发展规律的影响,基于室内外试验数据与实际气象数据,拟定不同的数值计算方案,采用降雨入渗理论对降雨入渗参数影响下粗粒土路堤边坡雨水入渗过程进行数值模拟。结果表明:降雨强度q与饱和渗透系数k_sat的比值是决定路堤内雨水入渗方式及暂态饱和区形成的关键因素,当q/k_sat≥1.5时,路堤边坡表面及坡脚水平面将形成一定深度的暂态饱和区,暂态饱和区的形成增大了路堤发生失稳的可能;降雨入渗仅会引起路堤边坡坡面以下水位大幅度上升,对路面中部以下地下水位影响有限;路堤边坡暂态饱和区的扩展速度主要取决于q与k_sat的大小,而暂态饱和区形成的时间与扩展面积则受到降雨强度、降雨历时与饱和含水率的共同影响。     

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.     

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。     

坡面径流与大孔隙流耦合作用下边坡水分场参数敏感性分析

为了揭示不同大孔隙参数取值条件下边坡水分场的变化规律,利用2个耦合的Richards方程描述大孔隙流,并联合运动波方程,建立坡面径流与大孔隙流耦合模型;基于有限元软件COMSOL的偏微分方程接口,实现所建立耦合模型的数值求解,并自行设计室内模型试验,验证数值结果,分析不同大孔隙参数对体积含水率和坡面积水深度的影响。结果表明：COMSOL软件的偏微分方程接口可以实现所建立耦合模型的数值求解,相比于无大孔隙坡面,考虑大孔隙时水分入渗深度明显更大;边坡饱和区深度与湿润锋深度均随大孔隙域占比的增大而增大,均随大孔隙域与基质域导水系数之比与经验参数的增大而减小;当降雨历时为30 min时,坡面积水深度区分度最大,表现在随着大孔隙域占比的增大而减小,均随大孔隙域与基质域导水系数之比和经验参数的增大而增大;3种大孔隙参数按照对边坡水分场影响程度由大到小的顺序为大孔隙域占比、经验参数、大孔隙域与基质域导水系数之比。