膨胀土路堑边坡滑动特点分析

从膨胀土路堑边坡土体含水量和吸力变化角度,详细阐述了膨胀土边坡滑动的浅层性和季节性,分析了引起膨胀土路堑滑动的主要因素,指出气候影响下的土体吸力随时间呈周期性和季节性变化。     

膨胀土边坡长期强度变形特性和稳定性研究

调查表明,许多经计算分析认为稳定的新开挖膨胀土边坡随着时间的推移发生了失稳破坏,笔者利用离心模型试验针对这一问题开展了较为深入的试验研究。结果发现,干湿循环是导致这一问题产生的根本原因。干湿循环使得膨胀土边坡产生裂缝,随着干湿循环次数的增加,裂缝逐渐变宽变深。裂缝的存在不仅削弱了膨胀土边坡土体的结构,而且为水的入渗提供了通道,从而使土体软化,强度降低。每次干湿循环,膨胀土边坡均累积了向坡下的沉降和水平位移,随着干湿循环的次数的增加,不论边坡土体密度高低,最终都将导致膨胀土边坡的渐进破坏。室内三轴试验由于不能模拟干湿循环作用下膨胀土边坡裂缝的产生和发展过程以及水的入渗对其强度和变形特性的影响,因此,其得出的强度和变形指标直接应用于膨胀土边坡的变形和稳定分析是不合适的。防止膨胀土边坡发生破坏的最关键的措施是尽可能隔断其与外界的水分交换,如不能隔断其与外界的水分交换,也应采取合适的排水措施,以尽可能防膨胀土边坡充分湿化。     

降雨条件下膨胀土基坑边坡稳定性分析

应用非饱和土一维降雨入渗模型模拟膨胀土基坑边坡在降雨入渗条件下的水分运移规律。通过试验研究了合肥膨胀土抗剪强度随含水量变化的关系。在此基础上,研究了考虑降雨入渗影响的膨胀土基坑边坡稳定性问题。研究表明,随降雨历时的增加边坡的安全系数逐渐变小,边坡最危险滑动面有向浅层发展的趋势。对于膨胀土边坡的浅层滑动面,采用折线滑动面比圆弧滑动面更接近于实际情况。     

大气作用下膨胀土边坡的现场响应试验研究

在广西南宁地区建立了缓坡、陡坡与坡面种草3种类型膨胀土边坡的原位监测系统。采用小型气象站、土壤含水率TDR系统、烘干法、温度传感器、测斜管和沉降板跟踪测试了边坡含水率、温度、变形等随气候变化的演化规律。认为降雨是膨胀土边坡发生灾变的最直接的外在因素,蒸发效应是边坡灾变的重要前提条件,而风速、净辐射量、气温和相对湿度是间接影响因素;土温变化可间接反映边坡不同位置的含水率变化性状;边坡变形主要集中在表层土体,坡中变形最大,其次是坡顶,坡脚处变形最小,陡坡在大气作用下发生了渐进性破坏;草皮覆盖有利于保持边坡表层土体水分、降低坡面冲刷和径流量、抑制边坡变形,且对土温有很好的削峰填谷作用。     

边坡土体变形和剪切带形成机制室内试验与数值模拟研究

以砂土边坡为研究对象,建立室内试验模型,并采用图像采集和分析技术获取土体变形过程。同时基于有限差分软件FLAC3D建立滑坡三维模型,分析边坡内部剪切带和变形破坏机制。结合室内模型试验和数值模拟结果,分析了边坡剖面、剪切带(滑动面)处土颗粒位移场分布后发现:当土体完全失稳失去承载能力时剪切带完全贯通,滑移体内土体向下加速滑动;土体破坏失稳以后,边坡出现由坡顶贯通至坡趾上方的滑动面,滑动面上部接近圆弧状,下部水平呈直线型;随着加载的持续,土体受影响的范围增大的同时,位移也越来越大;剪应变云图可以直观地观察到剪切带贯通形成圆弧滑动面的过程,并且随着加载的持续,出现明显剪应变的区域由坡顶向下发展,剪应变主要集中在剪切带区域;边坡受载时边坡内部测点均经历土压力缓慢增大、快速增大、下降后趋于稳定3个阶段,以受荷面中心点向水平、竖直2个方向,土压力逐渐减小。     

考虑干湿循环作用的膨胀土渠道边坡破坏机理研究

膨胀土渠道由于季节性的通水和停水,其边坡实际处于干湿循环的状态,非常容易引起边坡失稳。采用离心模型试验对干湿循环作用下的膨胀土渠道边坡稳定性进行了探讨,研究了渠道边坡的破坏机理。研究发现,由于渠道的反复通水和停水,渠道边坡土体经历了多次干湿循环,每次循环后边坡土体裂缝逐渐扩展,渠水不断入渗,饱和区逐渐扩大。渠基土的膨胀性越强,每次干湿循环后的裂隙扩展越严重,渠水入渗作用也越强,渠道越容易破坏。研究还发现,由于通水和停水造成的渠道干湿循环破坏模式主要表现为渠坡整体发生浅层失稳破坏,这一破坏模式与前人研究发现的牵引式滑坡具有较大不同之处。     

基于三场耦合的膨胀土边坡浅层坍滑数值分析

为研究膨胀土边坡浅层坍滑的原因,利用有限差分软件FLAC^2D,借鉴已有多场耦合数值计算思路,通过二相流与热模块模拟了降雨条件下坡体内的非饱和渗流过程及膨胀土的吸湿膨胀;并依据膨胀土饱和度与温度及热膨胀系数的转换关系,利用FISH软件编制了程序调用两模块的信息,实时模拟了土的吸湿膨胀效应,实现了考虑地下水位和渗透系数变化、强度衰减三因素下的膨胀土坡渗流场-位移场-应力场的三场耦合。并基于此,建立了考虑和未考虑膨胀变形的数值模型,分别模拟了降雨条件下计及和未计吸湿膨胀的边坡非饱和渗流过程及其稳定性,对比分析同降雨强度但不同历时、是否计及吸湿膨胀边坡的渗流场及稳定性的差异,揭示膨胀土吸湿膨胀是引起边坡浅层坍滑的重要原因;据此进一步研究不同降雨强度、降雨历时下膨胀土边坡的稳定性,同时对比分析边坡渗流场和应力场的变化及其分布规律,得到不同降雨条件对边坡浅层坍滑的影响。     

膨胀土路堑边坡降雨入渗稳定性分析

膨胀土遇水发生软化,导致土体强度降低,降雨入渗对膨胀土路堑边坡影响较大。依据岩土饱和/非饱和渗流理论,利用有限元数值模拟分析软件,通过降雨入渗模型分析,建立膨胀土路堑边坡饱和/非饱和降雨入渗模型,模拟了降雨过程中边坡地下水含水率、压力水头变化规律,分析研究降雨入渗对路堑边坡渗流场及稳定性的影响规律。结果表明:降雨入渗对膨胀土边坡渗透影响仅发生在浅部区域,坡面低渗透性影响雨水入渗效果,裂隙性坡面则入渗稍快;对于低透水性、高基质吸力,短期降雨不至于导致边坡大面积滑塌破坏,边坡滑面只出现在表层,表现为浅层滑动,对深部土体影响不大。为以后膨胀土路堑边坡施工与防护提供一定的理论依据和数据参考。     

降雨蒸发条件下膨胀土边坡的变形特征研究

在典型膨胀土广泛分布的广西南宁地区建立缓坡、陡坡与坡面种草3种类型膨胀土边坡的原位监测系统,采用6参数小型气象站、测斜管和沉降板,跟踪测试边坡变形随气候变化的演化规律,揭示在降雨蒸发下膨胀土边坡的变形特征。认为降雨是导致膨胀土边坡变形最直接的气候因素,而蒸发效应是边坡变形破坏的重要前提之一;蒸发效应所产生的土体裂隙,使得吸湿条件下原位双环渗透试验获得的膨胀土水力特性具有与传统的非饱和土力学中的定义有相反的趋势,这也是膨胀土边坡在降雨入渗时发生变形乃至破坏的内在机制之一;通过对现场试验数据的拟合,建立了符合膨胀土边坡变形的经验性预测模型,其中边坡变形与土表净入渗量呈二次函数关系。     

降雨/蒸发对膨胀土边坡稳定性影响研究

为深入研究降雨/蒸发作用对膨胀土边坡稳定性的影响,本文将改进的二维渗流模型与极限平衡分析法相结合,计算分析降雨、蒸发两种不同类型的气候作用下试验场地膨胀土边坡体内的渗流场变化及边坡的稳定性;结合试验边坡的现场监测资料,论述了膨胀土边坡的失稳机理。本文的研究表明:持续降雨引发土体吸力降低、强度衰减、有效应力降低并在坡脚处首先达到极限平衡状态;蒸发作用使浅层土体含水量降低,吸力增加,但同时也出现的收缩作用将产生裂隙而折减土体强度且增强渗透性,但土体内吸力的大幅提高则起主导作用。本文的研究成果将有助于分析评价膨胀土边坡在遭受干湿循环作用下的长期稳定性。     

驷马山分洪道膨胀土特性及其滑坡治理

本文以安徽省滁河驷马山分洪道膨胀土为研究对象,对分洪道不同河段的膨胀土边坡进行取样,开展了膨胀土在不同工况条件下的物理力学试验。通过室内试验和现场监测,获得了膨胀土膨缩变形与土体抗剪强度变化等特征参数。经过对分洪道边坡滑动形成机理和变化规律的调查和分析,提出了膨胀土边坡稳定计算中强度取值的建议和边坡滑动的治理措施,为分洪道扩大工程及其同类工程设计提供了地质依据。     

膨胀土中单桩性状的模型试验研究

桩基是一种有效处理膨胀土的方法,膨胀土中桩基的工作性状会受到膨胀土浸水膨胀的影响。通过大型模型试验分析了浸水对膨胀土中单桩承载特性的影响,研究了浸水过程中单桩的上升和胀切力的变化规律。试验结果表明:由于膨胀土浸水软化作用,膨胀土中桩的侧摩阻力和承载力明显降低,而由于膨胀作用,桩中产生胀切力而使桩上升。     

岷县漳县6.6级地震永光村滑坡致灾机制分析

2013年7月22日甘肃省定西市岷县漳县MS6.6级地震,诱发了大量黄土滑坡和崩塌灾害。基于对岷县梅川镇永光村西侧泥流状黄土滑坡的现场勘察、探井取样和高密度面波勘探,得到了该滑坡的地形条件和土层分布特点。通过对滑坡体土样进行室内动三轴液化试验,验证了该滑坡土体在地震作用下发生液化的可能。结合动力有限元法和强度折减法,分析了该滑坡在地震作用下的动力响应特征和动力稳定性的影响因素。结果表明:震前的持续强降雨,导致滑坡体表层黄土含水率升高,抗剪强度降低,在强地震荷载作用下,黄土层之间存在拉应力效应,表层土体发生液化,造成该斜坡失稳瞬间发生,发生长距离滑移。     

脱湿状态对膨胀土膨胀变形和强度特性的影响

非饱和膨胀土的脱湿状态对土中水分散失速率影响较大,不同的脱湿速率又会使膨胀土呈现不同的工程性状。通过控制恒温恒湿箱的温湿度工作参数,设置不同的脱湿环境制备土样,进行土工试验,深入认识脱湿状态对膨胀土膨胀变形和抗剪强度的影响。将饱和土样脱湿到设定的不同含水率,进行有荷载膨胀率试验,结果表明:在相对湿度越大的环境下,脱湿速率越小,土体膨胀率越大;起始含水率和上部荷载越小,土体膨胀变形越大。将不同起始含水率的土样膨胀完全后放入直剪仪,进行固结直剪试验,结果表明:脱湿到不同含水率的试样,脱湿速率越小,土体越密实膨胀后的抗剪强度越大;上部荷载存在可提高土体的抗剪强度,起始含水率越小上部荷载越大土样的抗剪强度越高。研究结果可为大气作用下膨胀土边坡的防护设计提供参考,有助于对自然气候环境下膨胀土边坡的灾变进行预警,并可优化膨胀土边坡的施工方案。     

Stability analysis of bank slope under conditions of reservoir impounding and rapid drawdown

Stability of an ancient landslide in a reservoir area is analyzed by using centrifugal model tests, soil laboratory tests and numerical analysis. Special attention is paid to variation in water level, simulation of large-scale heterogeneous prototype slope, and strength reduction of sliding zone soils after slope sliding. The results of centrifugal model test show that reservoir impounding can reduce sliding resistance at the slope toe, followed by toe collapsing and front cracking of slope. Rapid drawdown can produce hydrodynamic pressure towards reservoir at the front of slope. Deformation is observed in the middle and upper slope, which reduces the slope stability further and forms the pull-typed landslide trend. Reinforcement of slope toe is effective for preventing the progressive failure. The results of laboratory test show that slope toe sliding will lead to the redistribution of soil density and moisture content, which will reduce the shear strength of soil in sliding zone, and the cohesion of immersed soil is reduced gradually and finally vanishes with time. The numerical results show that the strength reduction method used in finite element method (FEM) is very effective in capturing the progressive failure induced by reservoir water level fluctuations, and the evolution of failure surface derived from numerical simulation is very similar to that observed in centrifugal model test.     

Stability analysis of bank slope under conditions of reservoir impounding and rapid drawdown

Stability of an ancient landslide in a reservoir area is analyzed by using centrifugal model tests, soil laboratory tests and numerical analysis. Special attention is paid to variation in water level, simulation of large-scale heterogeneous prototype slope, and strength reduction of sliding zone soils after slope sliding. The results of centrifugal model test show that reservoir impounding can reduce sliding resistance at the slope toe, followed by toe collapsing and front cracking of slope. Rapid drawdown can produce hydrodynamic pressure towards reservoir at the front of slope. Deformation is observed in the middle and upper slope, which reduces the slope stability further and forms the pull-typed landslide trend. Reinforcement of slope toe is effective for preventing the progressive failure. The results of laboratory test show that slope toe sliding will lead to the redistribution of soil density and moisture content, which will reduce the shear strength of soil in sliding zone, and the cohesion of immersed soil is reduced gradually and finally vanishes with time. The numerical results show that the strength reduction method used in finite element method (FEM) is very effective in capturing the progressive failure induced by reservoir water level fluctuations, and the evolution of failure surface derived from numerical simulation is very similar to that observed in centrifugal model test.     

土水特征曲线在滑坡预测中的应用性探讨

 通过模型试验与数值分析方法的结果对比,研究土水特征曲线中的主要增湿路径与主要减湿路径对降雨型滑坡预测的影响。研究结果表明,采用不同状态路径的土水特征曲线来进行降雨条件下边坡的有限元渗流分析,会得到不同的基质吸力和孔压变化趋势,进而影响强度折减有限元法的计算结果;而对于相同的基质吸力条件下,采用主要增湿路径所预测的非饱和渗透系数会低于主要减湿路径的预测值,使得主要减湿路径预测滑坡破坏时间较主要增湿路径快。此外,若边坡产生滑动型破坏,则实际滑坡发生时间在主要减湿路径与主要增湿路径的预测值之间。研究成果说明,采用作为界限的主要增湿和主要减湿路径作为土水特征曲线的滞后模型,对降雨型滑坡灾害的防灾预警具有一定的实用价值,可利用主要增湿与减湿路径预测滑坡发生的时间差,规划与建立合适的滑坡雨量预警基准。     

增湿条件下膨胀土路堑边坡稳定性数值分析

针对膨胀土路堑边坡增湿破坏现象,以含水率为主要参数来开展其稳定性的研究。首先开展膨胀土膨胀变形试验与抗剪强度试验研究,得到了膨胀土土性参数随含水率的变化规律,然后在正确考虑到地质构造影响的基础上运用有限差分法对坡体进行数值建模和计算分析,并对膨胀土路堑边坡的各种增湿状态进行仿真模拟,编制的分析程序自动实现膨胀土各种土性参数随含水率的同步变化,最后利用强度折减法计算得到了膨胀土路堑边坡稳定性安全系数的变化规律。分析发现,膨胀土路堑边坡稳定性主要是由地质构造和含水率因素共同控制的,在不同的增湿状态下二者对边坡的稳定性有着不同的影响程度。     

基于修正关口-太田模型的归一化#br# 变形量开挖边坡失稳判据

由于普通土体本构模型不能反应土体初始应力状态及开挖应力路径,在进行有限元计算时得到的特征点位移也会与工程实际有偏差。选用可以对开挖前边坡土体的初始K0应力状态以及开挖应力路径进行合理描述的修正关口太田模型,对开挖边坡进行有限元计算。根据位移突变判据,采用单因素敏感性分析,对54例简单边坡进行有限元计算,得出与边坡位移量呈正、负关联的基本参量。利用灰色关联分析方法,首次同时考虑了土坡几何参数、物理参数、本构模型等基本参数,将边坡的变形量进行归一化处理,构建以变形量为基础的归一化失稳判据Fu及警戒位移值U′1,从而可以通过实时监控边坡位移及时给出滑坡体的安全性评价。     

降雨对边坡变形破坏影响的综合分析

  降雨是诱发滑坡发生的主要因素,分析了降雨入渗对斜坡土体的物理、力学性质产生的影响,通过对实例的数值模拟研究,揭示了边坡变形破坏受降雨影响的特征。提出在常规边坡稳定、变形破坏分析计算中应考虑降雨入渗的影响。