南江县浅层土质滑坡降雨入渗规律与成因机理

为揭示土质滑坡中降雨入渗规律和滑坡成因机理,通过对四川南江县100多个滑坡进行现场调查、统计,选取二潢坪滑坡深入剖析典型滑坡成因机理,对降雨量、GPS累积位移、土体孔隙水压力、土体含水率等综合因素分析后,采用有限元数值法对滑坡的降雨入渗过程进行模拟。结果表明:浅层土质滑坡中孔隙水压力及含水率变化有明显滞后现象,降雨初期以垂直坡面入渗为主,一段时间后则以坡向渗流为主;斜坡中前缘孔隙水压力变化比后缘对降雨更敏感,其原因为前缘黏性堆积体、侧壁陡崖及基岩面共同构成斜坡储水边界;因滑体结构的各向异性,降雨过程中土体中局部孔隙水压力及渗流力瞬时剧增,土体饱水使得软黏土层发生软化,最终导致斜坡整体失稳。     

降雨入渗条件下土质边坡非饱和渗流二维数值分析

强降雨是导致边坡失稳破坏的主导因素,为研究降雨条件下土质边坡水渗流规律,本文采用非饱和土壤水渗流模型,对不同降雨强度作用下土质边坡水渗流规律进行了数值仿真研究。结果表明:雨水的入渗使土体表层的含水率发生明显的变化,导致土体表层的负孔隙压力/基质吸力降低;随降雨强度的增大,土壤含水率受其影响越大,但当降雨强度达到土壤的饱和渗透系数,土壤雨水入渗率达到最大值,此时降雨强度的增大,对土壤中水分变化的影响减弱。因此,为防止土质边坡失稳现象的发生,必须控制边坡的渗透系数。此研究对降雨条件下土质边坡滑坡的预防与控制具有重要研究意义。     

降雨条件下双层土坡的模型实验研究

针对降雨入渗非均质土坡的稳定问题,建立双层边坡模型进行人工降雨实验,对坡体进行含水率和孔隙水压力监测,得到了非均质土坡在降雨条件下含水率和孔隙水压力更真实的变化。基于模型实验结果的分析,得出变化规律如下:①坡体渗流趋于稳定时,含水率、孔隙水压力不仅和深度有关系,而且也与土体物理性质有关。这与均质土坡的渗流状态明显不同;②坡体含水率、孔隙水压力在降雨过程中,响应时间随深度增大而增大。雨后过程中,下层土体含水率、孔隙水压力降低速度大于上层;③相同雨强条件下,坡体含水率和孔隙水压力随降雨历时而不断增大。降雨强度越大,坡体的孔隙水压力和含水率响应时间越早,但在坡体浅表层这种时间效应不明显;④对于降雨过程中能达到稳定渗流状态的土坡,前期降雨量主要影响降雨过程中含水率和孔隙水压力的变化。研究成果为降雨入渗条件下非均质非饱和土边坡的稳定分析提供了依据。     

库水位变化和降雨作用下三门洞滑坡流固耦合分析

目前对三门洞滑坡的已有研究都重点关注稳定系数和变形特征,缺乏对孔隙水压力及应力演化特征的系统性研究。采用Abaqus建立滑坡的三维计算模型,推导库水位变化和降雨入渗的耦合边界条件,提出基于莫尔-库伦和最大拉应力准则相结合的复合准则,模拟滑坡在库水位变化和降雨共同作用下的变形演化过程。系统探讨了滑坡的孔隙水压力分布、位移场、应力场和塑性区分布特征,并综合数值模拟结果分析了库水位变化和降雨入渗条件下的边坡稳定性问题。结果表明:在强降雨和库水位缓慢下降综合作用下,三门洞滑坡在滑坡中后部和前缘分别出现局部的张拉和剪切破坏,滑体内渗流场发生较大变化,导致滑体内孔隙水压力、应力、位移和等效塑性应变整体增大,但并未出现塑性破坏区,边坡整体处于稳定状态。     

X、Y状裂隙对堆积体降雨入渗的差异性影响研究

针对某古滑坡堆积体中典型的X、Y状裂隙开展室内物理模拟试验,研究体积含水率、孔隙水压力、基质吸力及湿润锋运移形态的变化,探讨X、Y状裂隙在降雨入渗过程中的差异性影响。结果表明,X、Y状裂隙在降雨入渗中形成明显的雨水优势流效应,隙底的暂态饱和区促使同期入渗速率比周围均质土体更快; X状裂隙在堆积体的中上部入渗速度快于Y状裂隙,而在底部入渗速度不及Y状裂隙,且Y状裂隙堆积体渗流特性变化程度更高;X、Y状裂隙降雨入渗可划分为强烈入渗阶段和稳定入渗阶段,但存在显著差异:X状裂隙下渗次于侧渗,Y状裂隙下渗强于侧渗。     

多手段实时监测系统在水库型滑坡监测中的应用

以三峡库区典型滑坡四道桥滑坡为研究对象，构建了多手段实时滑坡监测系统。该系统集成了孔隙水压力、雨量、变形等多个监测项目，由数据采集、数据处理、数据发布等模块构成，实现了滑坡体关键点的孔隙水压力、水分含量、深部位移、降雨量、库水位监测数据的实时采集与发布。该实时监测系统可长期连续采集数据、工作可靠有效，为进一步研究水库型滑坡多元数据相关性，降雨及库水入渗过程中滑坡体渗流场动态变化，水库型滑坡成灾机理及模式等提供了可靠的数据支持。      

非饱和土边坡降雨入渗特征及其对斜坡稳定性的影响

降雨入渗是影响非饱和土斜坡失稳的主要因素,揭示了非饱和土斜坡的降雨入渗特征及其与斜坡稳定性的关系。首先采用试验的方法,研究了斜坡土体的渗透性变化特征,并揭示了土体含水率对其强度的影响;进而采用数值模拟的方法,研究了典型土质斜坡的降雨入渗过程,以及斜坡在降雨条件下的应力应变分布特征;最后采用极限平衡理论计算了不同降雨阶段的斜坡稳定性特征。     

降雨入渗过程的水-气二相流模型研究

本文根据多孔介质中水、气的质量守恒定律，结合多相流理论，建立了求解饱和-非饱和渗流的水-气二相流数学模型，并采用积分形式的有限差分法和NewtonRaphson迭代方法进行数值求解，提出了各种边界条件，包括水相、气相和降雨入渗边界的数学处理方法。利用上述模型对土柱试验进行模拟，将计算结果与试验数据比较，验证了模型的正确性；然后对土质边坡降雨入渗过程进行计算，得到孔隙水压力、孔隙气压力和毛细压力的变化过程，其变化规律符合实际，实现了降雨入渗的水-气二相渗流过程，为定量研究空气阻力对入渗水流的影响提供有效途径。     

细粒含量对泥石流斜坡失稳模式与规模的影响

为了研究泥石流土体的细粒组分(d≤0.075 mm)在降雨入渗和渗流过程中对泥石流孕育与启动机理的影响,利用自制的泥石流模型槽,采用3种细粒含量的土体制作室内斜坡模型,进行了人工降雨诱发斜坡泥石流试验,研究了泥石流土体斜坡在降雨入渗过程中坡面产流的形成特点、水土流失特征以及斜坡失稳模式。试验结果表明:斜坡细粒在雨水入渗过程会发生分散流失而使坡面表层土体粗化;细粒含量较高斜坡中分散的细粒会随雨水入渗向深部运移堵塞孔隙而降低土体的渗透性(入渗容量),湿润前锋未扩展到下卧土-岩界面就发生坡面产流与坡体破坏,且破坏面距湿润前锋较近(仅数厘米),破坏模式先为块体的滑动-流动破坏,然后为沟道侵蚀,土体流失规模与雨强、细粒含量有关;细粒含量较低斜坡的破坏模式为牵引式的滑塌,但试验过程中未发生大规模的土体流失,细粒分散运移作用对低细粒含量土体孔隙的堵塞效应不明显,而在土-岩界面处形成了较稳定的携细粒水流。斜坡土体细粒含量对斜坡破坏模式和坡面产流的形成有重要作用,考虑坡面产流影响的斜坡稳定性分析模型得到的安全系数更接近实际情况。     

土体非饱和渗流特性对边坡稳定性影响

导致边坡失稳的原因复杂,其中强降雨条件是主要诱因之一,为了研究不同降雨强度下非饱和土体渗流特征对边坡稳定性的影响,本研究以实际边坡工程为依托,利用Geo-Studio软件建立模型,对比分析降雨条件下边坡孔隙水压力、体积含水率、剪应力等变化规律.研究结果表明:在同一降雨时长下,随着降雨强度的增大,边坡土体的孔隙水压力变化...     

考虑孔隙气压力影响的边坡稳定分析

降雨入渗过程中孔隙气压力变化是影响边坡稳定的重要因素,为了分析这种影响,提供一种考虑孔隙气压力影响的边坡稳定分析方法。首先基于水气两相流的理论与方法,计算降雨入渗下坡体的孔隙水压力、孔隙气压力和饱和度的分布,并获取降雨入渗过程中孔隙气压力引起的荷载变化量。而后,结合非饱和土抗剪强度理论及剩余推力法,将孔隙气压力引入到边坡稳定分析中,并以谭家河滑坡为例模拟分析考虑孔隙气压力对边坡稳定的影响。结果显示,降雨导致坡体表层趋于饱和,在坡表与滑带之间的孔隙气压变化较为敏感,而沿滑床向深层方向传递过程中孔隙气压发生衰减;坡体表层饱和区孔隙水压力通过孔隙气向坡脚传递,形成沿坡脚方向的孔隙气压力梯度,增大了滑体的下推力。结果表明,在相同的渗流条件下,考虑孔隙气压力的影响使同一滑动面上的安全系数降低,对边坡稳定分析不利。该方法在坡体濒临失稳时考虑孔隙气压力作用影响显著,对反映某些具体工程滑坡现象更加符合实际。     

红层缓倾岩质斜坡地下水作用机制及稳定性分析

强降雨条件下地下水作用对川东缓倾岩质滑坡大规模的爆发起到关键作用。以川东典型红层缓倾岩质斜坡为例,通过现场调查和数值模拟等方法分析地下水渗流规律,并从地下水的物理作用和力学作用两方面研究其变形破坏机制。研究结果表明:地下水在层状和块状岩体斜坡中主要是通过原生层面和节理裂隙运移,孔隙水压力主要集中在斜坡后缘,靠近前缘水压力逐渐降低。川东缓倾岩质滑坡是在地下水的静水压力和物理软化泥化共同作用的结果,降雨入渗形成的水平推力、扬压力及软弱结构面强度的降低导致滑坡的启动;其形成演化过程可分为:1结构面形成与贯通阶段;2泥岩夹层软化阶段;3强降雨启动破坏阶段。     

四川理县欢喜村冰水堆积体降雨条件下变形机理研究

四川理县欢喜村具有干暖河谷气候特征,降雨量少、蒸发量大,冰水堆积体在降雨作用下的变形特征及机理与以往降雨型滑坡有较大差异。通过水土化学试验、矿物成分检测、电镜扫描(SEM)、降雨模拟-现场中剪试验等手段查明冰水堆积物遇水结构损伤机理,以及由此引起的强度衰减特征及幅度,在此基础上,采用SEEP/W模块分析堆积体降雨条件下地下水浸润、饱和特征及孔隙水压力变化趋势,结合地质环境条件归纳总结堆积体变形机理及过程。研究表明:冰水堆积物遇水后,细粒组分内矿物(以石膏为主)溶解、颗粒重排列共同导致充填细粒土结构弱化、损伤,进一步发展促使大颗粒间相互作用程度减弱,加之粒间水的润滑、软化最终引起土体整体强度大幅度衰减,其中c值降低20.6%,φ值降低34.1%,c值下降幅度弱于φ值;此外,研究区特殊的地质环境条件导致缓坡段降雨入渗效果优于陡坡段,饱和时间、范围、深度的不同形成土体强度差异变化,加之前缘良好的临空条件,导致坡体近前缘端表层易朝临空方向产生蠕滑变形,变形体后缘形成拉张裂缝,并为降雨入渗提供通道,多次降雨-蠕滑变形累积作用使变形体前缘锁固段减小,形成失稳破坏。     

基于水气二相流的边坡降雨入渗有限元分析

为揭示边坡降雨入渗基本规律,基于水气二相流理论,以三峡库区大坪滑坡为例,采用有限单元法分析边坡降雨入渗水气运动规律。结果表明:根据水气流入、流出的方向不同,坡表可分为吸入区和溢出区,通常坡体上部为水、气吸入区,下部为水、气溢出区;水、气进出坡表的总速率受降雨特性、坡面产流情况、气温变化等外在因素的影响较小,具有相对稳定性;在坡表吸入区,当降雨强度大于水气入渗总速率时,入渗强度等于水气入渗总速率,吸入区产流;反之,入渗强度等于降雨强度,吸入区不产流。此外,坡表饱和区水压力可通过孔隙气传递到地下水面,增大地下水的压力水头,不利于坡体稳定。     

不同降雨工况下红黏土边坡持水响应规律与稳定性分析

以江西区域内典型红黏土边坡为研究对象,基于岩土非饱和渗流理论,建立红黏土边坡有限元计算模型,对4种典型降雨工况下红黏土边坡稳定性进行分析。结果表明,降雨强度、降雨持续时间均是影响红黏土边坡稳定性的重要因素;前期为常态时,边坡各参数指标均维持在初始稳定状态;降雨开始后,边坡安全系数呈减小态势,岩土体强度和稳定性降低,边坡中土体的孔隙水压力变大,体积含水量升高;越接近地表的土体降雨入渗响应越强烈,边坡不同位置处土体的降雨入渗影响程度依次为:坡肩>坡顶>坡面>坡脚>坡底;降雨入渗和互渗过程具有明显的滞后性,越靠近地表,孔隙水压力短期内变化越明显;土体干湿循环对边坡稳定性整体表现为负作用,且作用效果不可逆。     

降雨作用下滑坡渐进破坏概率分析与应用研究

强降雨作用通常是触发大型滑坡的主要诱因，为更好地研究降雨条件下滑坡的变形破坏机理，分析计算降雨入渗作用引起的暂态孔隙水压力、岩土容重变化及岩土抗剪强度对滑坡稳定性的影响，将模糊随机可靠性理论引入滑坡的稳定性分析中去，探讨滑坡渐进破坏的时空演化特征。首先，推导了降雨作用下考虑基质吸力作用的滑带土条块安全余度的表达式，然后，在此基础上，同时考虑滑坡土强度参数及功能函数的模糊随机性，分别计算条块的局部破坏概率、渐进破坏概率和扩展破坏概率，从本质上研究降雨作用下滑坡时空演化过程。以河南嵩县白河滑坡为例，长期持续的强降雨入渗则是其诱发的主要因素，斜坡变形破坏模式属于孔隙水压力诱发的平推式地质模式，应用模糊模糊随机可靠性理论分析了滑坡发生→发展→破坏的动态演化过程，为支护设计提供理论依据。     

黄土中降雨入渗规律的现场监测研究

已有许多人工降雨试验确定的黄土入渗深度有限，一般很少超过4m，由此认为降雨难以通过正常渗流途径到达地下水位；而是通过裂隙、落水洞等通道灌入深部补给地下水的。然而调查发现，这种入水通道仅在黄土塬边的卸荷区常见，塬的中部很少。为了了解黄土地区地表水以何种方式补给地下水，在甘肃正宁县建立了一个监测站，通过在一深度为10 m的探井井壁上埋设土壤水分计，对天然降雨入渗条件下不同深度黄土层的体积含水率变化情况进行了为期一年的连续监测，同时采用雨量计记录其间的日降雨量。结果表明：2 m以内的浅部土层，土壤水分具有周年的背景变化趋势，该趋势和蒸发量的变化趋势吻合。当日降雨量小于18mm/d时，水分仅在表层循环，对地表以下（>20cm）的含水率几乎没有影响。当日降雨量大于18mm/d时，才会引起土壤含水率骤增，降雨量越大，土壤含水率增幅越大，影响深度越大，随着深度增加，增幅减小，时间上渐有滞后。观测点黄土的浸润带约为2m，2m以下的非饱和黄土中，水分以非饱和渗流或水汽形式迁移，水汽迁移量很小，但不可忽视，当遇到透水性差的古土壤层时，会在其顶部富集，长期作用则可能形成软弱带，诱发黄土滑坡。     

下蜀土边坡降雨型滑坡的成因分析

在分析降雨型滑坡破坏模式以及下蜀土边坡稳定性影响因素的基础上,对南京典型剖面下蜀土物理力学性质进行分析,总结了下蜀土滑坡的主要成因。研究结果表明,随着降雨过程中包气带水分运移,下蜀土非饱和土体边坡内孔隙水压力和岩土界面基质吸力的分布不断发生变化,土体抗剪强度也随之不断变化,受其影响,边坡极易发生降雨型滑坡。