强降雨作用下浅层滑坡的入渗及稳定性

为了研究降雨入渗对边坡稳定性的影响,基于Mein-Larson入渗模型,提出坡面供水强度和坡面入渗能力的概念,建立了坡面降雨入渗模型.将坡面降雨入渗模型与无限边坡极限平衡法相结合,建立了以土、水混合体为研究对象,考虑水对岩土体力学参数弱化的稳定性评价模型.最后应用建立的模型对一边坡算例进行了降雨入渗和稳定性分析.结果表明:坡面供水强度和入渗能力均随坡角的增大而减小.在降雨条件下,把水和土的混合物作为研究对象和把土骨架作为研究对象所得到的稳定性计算结果是一致的.降雨强度是控制滑坡失稳的重要参数,它的增强会加快湿润锋的运移速度和边坡表面入渗能力的衰减.降雨会造成湿润锋的不断下移,湿润锋处的安全系数随之降低,一旦安全系数达到临界状态,边坡将发生失稳破坏.     

黄土边坡降雨入渗规律试验

为研究降雨对边坡稳定性的影响,利用人工模拟降雨装置和路堤土工模型,进行了不同初始含水量和不同降雨条件下黄土路堤边坡湿润锋和入渗率的试验,探索了黄土路堤降雨入渗过程,分析了黄土路堤边坡稳定性对降雨历时和降雨强度的敏感程度及入渗变化规律.结果表明:雨水入渗路堤土呈先快后慢的趋势,湿润锋从规则向不规则逐渐转化;入渗率与边坡初始含水量、路基压实度和降雨历时成反比关系,与降雨强度基本无关.     

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.     

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。     

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。     

间歇性强降雨下基于Green-Ampt入 渗模型的边坡稳定性分析

研究了间歇性强降雨作用下边坡稳定性.间歇性强降雨下湿润锋以上土体将会经受干湿循环作用,考虑干湿循环对边坡土体渗透特性及土水特性的影响,改进了传统GreenAmpt入渗(GA)模型;考虑干湿循环对土体强度的劣化作用,建立间歇性强降雨下边坡稳定性表达式.对于不考虑间歇性强降雨作用的边坡,改进GA模型可简化为传统GA模型,说明传统GA模型是改进GA模型的一个特例;利用改进GA模型和稳定性评价方法得到的结果与工程实际情况基本吻合,证明了该方法的可靠性;根据降雨入渗速率的变化特征,降雨过程可分为稳定阶段、持减阶段和突变阶段等3个阶段;传统GA模型与改进GA模型相比在失稳深度和时间上有较大延缓;仅改进稳定评价方法的传统GA模型与改进GA模型相比在失稳深度上一致,在失稳时间上有延缓.     

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.     

水-气耦合下的土质边坡稳定系数场分析

传统边坡稳定性分析方法仅对潜在滑动面进行整体稳定性评估,无法获取各点的安全系数,为了准确分析边坡稳定性,基于稳定系数场理论,综合考虑水-气耦合作用对降雨条件下边坡稳定性进行分析。结果表明：1）稳定系数场法能够直观地体现水-气耦合作用下边坡的具体破坏区域,得到各点的安全系数;2）孔隙气压力对边坡降雨入渗有一定阻碍作用,并且随降雨时间的推移阻渗效果愈明显,相同条件下降雨40 h时,两相流湿润锋深度较单向流减小了28.6%;3）相同条件下,考虑水-气耦合作用会降低边坡稳定性,以降雨40 h为例,两相流边坡失稳面积约为单向流的1.7倍。因此,在实际工程中对边坡稳定性分析时应考虑水-气耦合作用,工程偏于安全。     

降雨条件下含大孔隙土柱水-气两相流试验

为揭示降雨条件下含大孔隙土中水—气两相流运移机制,基于室内人工降雨试验,通过自行设计试验装置并借助各类试验设备,对不同工况下大孔隙和基质域的含水率、孔隙水压力、孔隙气压力分别进行实时监测.结果表明：大孔隙的存在可明显加快水分入渗速率,使土柱湿润锋呈现漏斗状,大孔隙附近水分入渗速率明显较快(即产生优先流),但是降雨需持续一定时间才会产生优先流;模型箱底部边界开通有利于气体的排出,可降低孔隙气压力,从而更有利于水分的入渗;大孔隙存在情况下,增加降雨强度可加快优先流的产生,使水分更快地沿着大孔隙入渗至土壤深层,并沿着大孔隙壁向周围基质扩散.此外当降雨强度大于水分入渗速度时,会在土体表面形成积水,一定程度上增加孔隙气压力.     

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.     

降雨入渗对深层滑坡稳定性影响研究

采用有限元方法和极限平衡法建立了边坡渗流与稳定性分析耦合模型,合理考虑了降雨入渗引起的边坡重力场和孔隙水压力场的变化,以及土体的软化现象．运用该模型,对重庆万州农机技校滑坡体丰雨年雨季渗流场及稳定性进行实例分析,探讨了降雨对滑坡体渗流场及稳定性的影响．结果表明当降雨入渗引起坡体渗流场显著变化,特别是引起大范围的孔隙水压力升高时,最容易导致深层滑坡失稳．     

保水剂对砂壤土水分二维入渗的影响

为揭示保水剂用量对有覆砂与无覆砂条件下土壤水分二维入渗的影响和规律,以裸土试验组为对照,通过模拟单点源入渗试验,研究在覆砂与无覆砂条件下保水剂用量(0、0.1%、0.2%、0.5%)对土壤水分入渗过程的影响.结果表明:两种不同条件下的土壤水分入渗规律基本一致.在入渗初期,随着保水剂用量的增大,入渗速率越小,累积入渗量越大,湿润锋在水平与垂直方向上的推移以及湿润体横纵比的差异均不显著;入渗中期的入渗速率和累积入渗量规律与入渗初期一致,但湿润锋在水平方向上的推移增大,而垂直方向上的推移减小,湿润体的横纵比增大;入渗后期,入渗速率基本趋于稳定,累积入渗量继续增大.Kostiakov入渗模型可以反映保水剂对砂壤土水分二维入渗的规律性.     

降雨条件下阶梯状黄土边坡稳定性试验

为揭示黄土公路阶梯状高路堑边坡在降雨条件下的稳定性状,依托陕西某高速公路黄土路堑边坡工程,进行了现场试验和数值模拟,并通过离心模型试验,研究了阶梯状黄土高路堑边坡在降雨条件下的变形发展过程、坡面降雨入渗规律、涵水与护坡作用以及稳定性分析。研究结果表明:非饱和黄土阶梯状多级矮坡在降雨条件下,边坡的变形存在先垂直、后水平的特点,发生破坏前,会发生明显的侧向变形,在坡内很短距离无水平应变;一般降雨不会影响对阶梯状高边坡的整体稳定性;阶梯状路堑边坡能充分利用黄土的直立特性,来消除降雨对坡面的冲刷,最大限度地减少坡面产流,增加坡面的降雨入渗量;阶梯状路堑边坡还具有边坡防护、水分涵养与景观美化等功能,具有良好的工程和应用价值。     

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。     

强降雨和初始地下水对浅层边坡稳定的综合影响

下部为基岩的浅层残积土边坡多含有地下水,通过对传统Green-Ampt入渗模型的延伸,研究含有地下水的残积土边坡强降雨入渗过程;在强降雨入渗条件下,湿润区和地下水范围内基质吸力消失,湿润峰处和基岩面处为2个潜在的危险滑动面,分别对边坡在其上稳定性进行分析,并将二者统一起来,建立考虑强降雨和初始地下水共同作用下边坡的稳定分析模型。研究结果表明:下部含有初始地下水的浅层边坡在强降雨入渗期间,由于上部土体自重的增加,边坡最危险滑裂面在湿润峰和基岩面之间可能发生转移,边坡有可能在基岩处提前于湿润峰处破坏;同时,黏聚力越小,地下水位越浅,降雨入渗期间边坡在地下水下部基岩处破坏的可能性就越大,且土体黏聚力的影响最为显著。     

非饱和土质边坡降雨入渗分析

降雨入渗对边坡土体的力学行为具有重要的影响。为研究降雨入渗条件下边坡土体的位移应力变化规律,考虑基质吸力的影响,建立了非饱和渗流有限元模型,对降雨过程中边坡土体进行渗流应力耦合分析,得到了降雨过程中边坡的孔隙水压力、位移及应力的变化规律。结果表明降雨会使边坡上部土体有效应力显著降低,同时引起坡面附近土体的水平位移及边坡内部土体的沉降;降雨使坡脚处土体首先发生破坏,随着降雨的持续,土体的塑性应变不断增大。