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。     

降雨条件下边坡暂态饱和区形成条件与演化特征数值分析

为分析降雨入渗条件下边坡暂态饱和区形成条件与演化特征,开展不同坡度条件下边坡降雨入渗数值模拟计算,分析降雨条件下边坡暂态饱和区形成条件,研究降雨强度、饱和渗透系数、坡度等多因素对边坡暂态饱和区演化特征的影响。研究结果表明,降雨条件下边坡暂态饱和区的形成条件为：①降雨强度大于等于岩土体饱和渗透系数;②降雨入渗进入饱和状态土控制入渗阶段。降雨条件下,降雨入渗影响区、暂态饱和区均持续向下扩展;降雨停止后,地下水位线以上的岩土体孔隙水压力、体积含水气量持续降低,且地下水位线不断升高。降雨强度小于岩土体饱和渗透系数时,降雨入渗影响区扩展速率与降雨强度呈正相关;降雨强度大于等于岩土体饱和渗透系数时,降雨入渗影响区、暂态饱和区扩展速率受降雨强度影响较小。降雨期间,降雨入渗影响区、暂态饱和区扩展速率与饱和渗透系数随深度的变化率δ_kz呈正相关,孔隙水压力峰值与δ_kz呈负相关;降雨停止后,地下水位线、孔隙水压力峰值与δ_kz呈正相关。降雨初期,降雨入渗影响区面积、孔隙水压力峰值与坡度呈正相关;降雨后期及降雨停止后,降雨入渗影响区面积、暂态饱和区面积、地下水位线高度与坡度呈负相关。     

不同雨强和坡比条件下黄土边坡降雨入渗研究

降雨诱发滑坡是我国黄土地区的主要地质灾害之一,为了给黄土边坡防护设计提供参考,采用室内边坡降雨模型箱,开展了2种降雨强度(中雨7.00 mm/d、大雨10.75 mm/d)和2种坡比(1∶0.5、1∶1)条件下的模型边坡降雨试验,实测边坡土体含水率、基质吸力及边坡形态变化情况,比较了不同降雨强度和坡比条件下降雨入渗的差异。结果表明:黄土边坡降雨入渗深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,降雨入渗速率坡顶最高、坡脚次之、坡中最低,雨水的入渗能力随着入渗深度增加而减弱;降雨结束后边坡湿润锋深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,即降雨入渗深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,降雨强度越大边坡湿润锋深度越大,坡比越大边坡坡中降雨入渗深度越小;不同降雨强度和坡比条件下,边坡不同位置处基质吸力稳定值坡中最大、坡顶次之、坡脚最小,降雨强度越大基质吸力稳定值越小、相应的含水率越低、降雨入渗速率越高,坡比越小边坡坡中降雨入渗速率越高、入渗深度越大;降雨初期坡面未产生径流,随着降雨历时的延长,表土逐渐饱和、坡面产生径流现象,降雨强度和坡比越大边坡表层土体剥落越严重、坡面径流深越大。     

降雨对非饱和土质边坡含水率的影响分析

降雨对边坡的稳定性具有重要影响。在降雨作用下,土体含水率增加,抗剪强度降低。基于土 水特征曲线压力板仪试验系统并结合ＧｅｏＳｔｕｄｉｏ中的ＳＥＥＰ／Ｗ提供的典型土－水特征曲线建立非饱和渗 流模型,分析了不同降雨历时下,土体渗透系数对非饱和土质边坡含水率分布的影响。结果表明:当土 体渗透性较差时,入渗深度较浅,且在短期内入渗深度即保持稳定;但当土体渗透性较好时,入渗深度和 达到入渗深度稳定的降雨历时都随之增加。坡脚部位由于受坡体上部结构坡表径流及下渗水补给,土 体含水率最大,应保证该部位排水设施的通畅,防止坡脚部位下渗水导致土体含水率过大,影响边坡稳 定性。     

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。     

考虑倾角的土质边坡Green-Ampt改进入渗模型

针对传统Green-Ampt入渗模型忽略坡角和土体非饱和区对边坡降雨入渗的影响这一情况,利用倾角对土体入渗势能梯度进行修正,并将入渗时边坡土体按含水率划分为饱和层、过渡层和未湿润层,建立考虑倾角的土质边坡分层假定入渗模型,推导边坡降雨入渗深度与降雨历时的关系,并通过入渗实例将新模型与传统模型进行比较。研究结果表明:分层假定模型预测的坡面产流时间及湿润锋深度与降雨历时的关系较传统Green-Ampt入渗模型（简称为GA模型）更接近实测值;自由入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度与GA模型一致,但入渗速率低于GA模型;积水入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度及入渗速率均大于GA模型,湿润锋扩展深度的差值随着降雨历时的增大逐渐增大,而入渗速率差值的变化呈相反趋势。根据新模型,分析了倾角和雨强对边坡降雨入渗的影响,发现随着边坡倾角的增大或雨强的减小,雨水入渗到坡体内相同深度所需的降雨历时增加,这种现象在倾角大于60°或雨强小于20 mm/h时尤为明显。     

海岛山地坡面降雨入渗与地表径流观测研究

该文在不同下垫面和降雨强度等情景下,于平潭岛设置野外降雨入渗与产流试验场地,根据获得的观测数据分析研究山地坡面降雨入渗和地表径流的形成过程。结果表明:与裸地观测小区相比,植被覆盖良好的坡面能延缓产流,有效拦蓄地表径流,增加入渗量;因降雨平均强度、降雨历时等降雨因子均值化,其与坡面降雨平均入渗系数的相关性均很低,无法响应降雨过程中雨型和降雨量的瞬时变化特征。该成果可为平潭岛雨洪资源高效利用提供科学依据。     

抗滑桩对降雨型滑坡加固效应分析

为分析降雨型滑坡在降雨过程中的渗透特性及抗滑桩对边坡加固效应,采用数值模拟手段研究降雨强度和降雨持续时长对边坡的入渗特性及抗滑桩加固效应。结果表明：降雨持续入渗的过程中,边坡湿润前锋逐渐由坡面向坡体内部推进,坡面出现饱和区,基质吸力消失,坡脚位移增大,稳定性显著降低。采用锚拉形式的抗滑桩对边坡的加固效应明显由于普通抗滑桩,研究结果可为边坡稳定治理提供参考。     

降雨历时对黄土坡地水分运动与转化的影响

为提高黄土地区雨水利用率、减少水土流失,通过室内模拟降雨试验研究了不同降雨历时坡地产流、入渗、产沙的特征.结果表明:坡面径流系数在降雨过程中存在剧增、缓增和稳定波动3个阶段;坡地径流系数、入渗率和坡地累计产沙量均与降雨历时呈对数关系;径流量和入渗量均与降雨历时呈线性正相关关系;地袁产流后,形成不断扩大的湿润区,湿润锋深度与降雨历时呈幂函数关系.     

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。     

考虑降雨作用的含张拉裂隙顺层岩坡稳定性分析

顺层岩质边坡的稳定性主要取决于软弱层面的性质和地下水对层面的水压力。而目前软弱层面的入渗渐进弱化作用对岩质边坡稳定性影响的分析方法仍不完善。探讨了张裂隙水对软弱夹层面的入渗渐进弱化模式,并结合水力作用给出了入渗作用下岩质边坡稳定性系数和临界降雨强度的表达式。研究结果表明:弱化作用和静水压力对边坡稳定性的影响均与后缘裂隙水位高度(h)和阶段表征值(λL)有关,其稳定性系数随后缘裂隙水位高度和阶段表征值的增加而减小;后缘裂隙临界水位高度和临界降雨强度并不是固定值,而是与边坡所处的入渗阶段有关。     

考虑雾化雨条件下边坡的稳定性分析

以锦屏水电站边坡为例,将渗流理论引入边坡的稳定分析,结合数值分析软件SLIDE,研究了边坡在不同降雨入渗深度下动水压力、安全系数的变化情况及规律,提出了降雨入渗及排水加固后的边坡稳定性评价方法。分析结果表明 随着雾化雨的降雨入渗,动水压力有不断增大的趋势,安全系数有不断减小的趋势,降雨入渗雾化3 d后,坡体下部已达到完全饱和状态,持续的雾化雨作用对坡体下部地下水位的改变不大,形成了稳定水流,边坡的安全系数也没有太大变化;同时,采用固定的土性参数来计算边坡的稳定性还不能全面地评价边坡的稳定性,土体抗剪强度参数c和φ的变异性及其相关性是影响边坡可靠度指标的一个极其重要的因素。     

Groundwater infiltration, surface water inflow and sewerage exfiltration considering hydrodynamic conditions in sewer systems

Sewer systems are closely interlinked with groundwater and surface water. Due to leaks and regular openings in the sewer system (e.g. combined sewer overflow structures with sometimes reverse pressure conditions), groundwater infiltration and surface water inflow as well as exfiltration of sewage take place and cannot be avoided. In the paper a new hydrodynamic sewer network modelling approach will be presented, which includes--besides precipitation--hydrographs of groundwater and surface water as essential boundary conditions. The concept of the modelling approach and the models to describe the infiltration, inflow and exfiltration fluxes are described. The model application to the sewerage system of the City of Dresden during a flood event with complex conditions shows that the processes of infiltration, exfiltration and surface water inflows can be described with a higher reliability and accuracy, showing that surface water inflow causes a pronounced system reaction. Further, according to the simulation results, a high sensitivity of exfiltration rates on the in-sewer water levels and a relatively low influence of the dynamic conditions on the infiltration rates were found.     

降雨入渗条件下边坡的稳定性分析

把降雨入渗条件下的边坡稳定性问题转化为图论中的最短路问题,基于饱和-非饱和渗流有限元计算得到的应力场和渗流场来计算边坡的最危险滑动面及其安全系数,在降雨入渗过程中,考虑基质吸力对滑动面抗剪强度的影响,采用修改的Mohr-Coulomb破坏准则来计算非饱和边坡的抗剪强度。降雨入渗过程及其对边坡力学行为的影响采用一个二维的有限元渗流-应力耦合程序进行分析,研究降雨入渗过程对边坡的孔隙水压力、位移以及安全系数的影响,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,降雨停止之后,边坡的安全系数还会持续减小一段时间,随着排水的不断进行,边坡的安全系数又会逐渐增大。     

考虑封闭气体影响的边坡稳定系数计算

强降雨导致边坡封闭气体压力的产生,对边坡稳定产生不利影响。现有研究主要考虑封闭气体对入渗的影响,以及当边坡沿湿润锋面滑动时气压对稳定系数的影响。基于封闭气压理论和Green-Ampt模型,建立了同时考虑坡角和气压影响的边坡入渗模型;然后,基于Mohr-Coulomb强度准则和刚体极限平衡法,考虑气压对潜水面之下土体有效应力的降低效应,构建了无限边坡沿潜水面之下的直线滑面滑动时的稳定系数计算模型。最后,通过算例研究了气压力对边坡稳定系数的影响及当滑面位于不同位置时边坡稳定系数的变化规律。结果表明:气压力可显著降低边坡稳定系数;摩擦角越大,黏聚力、滑面深度和坡角越小时,气压力影响越大;降雨入渗过程中,边坡最危险滑面可能位于潜水面之下的直线滑面。     

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。     

THE ROLE FORE AIR FLOW IN SOIL SLOPE STABILITY ANALYSIS

In order to investigate the effect of the pore air flow in the soil slope stability analysis, a water-air two-phase flow model, based on the multi-phase flow theory, is proposed and with the model, the water-phase and air-phase seepages of the soil slope in the stable seepage and rainfall situations are simulated. The soil slope safety coefficients are obtained according to the simulated pore air pressure and pore water pressure. The calculation results show that in the stable seepage situation, the influence of the pore air pressure on the soil slope stability can be neglected, while in the rainfall situation, the pore air pressure generated in the unsaturated zone will reduce the safety coefficient, and the larger the distance between the slip surface and the underground water level is, the greater the influence of the pore air pressure on the soil slope stability will be.     

含缓倾软弱夹层矿山高边坡降雨渗流特性研究

为探究缓倾软弱夹层对矿山高边坡降雨渗流特性的影响,以西南地区典型的石灰石矿山高边坡为例,结合现场实际的工程地质与水文地质条件,建立了含缓倾软弱夹层矿山高边坡的降雨渗流模型。基于饱和-非饱和渗流理论,模拟了边坡在最大降雨量条件下降雨和雨后两个时间段雨水的浸润过程,揭示了边坡孔隙水压力的动态变化规律。研究结果表明:软弱夹层作为一种隔水层,改变了雨水浸润曲线的形态及降雨的渗流路径,浸润曲线呈现V字型结构,渗流路径由垂直入渗改为沿软弱夹层上表面渗流;在降雨和雨后两个时间段,上部裂隙风化岩体的孔隙水压力先增后减,但始终为负值;软弱夹层上表面会产生雨水积聚,孔隙水压力先增大到正值随后逐渐减小,孔压减小的时间相对于降雨时长具有滞后性,即孔压在雨停后一段时间才开始降低;坡脚处的孔隙水压力在降雨和雨后两个时间段始终呈增大之势;由于软弱夹层良好的隔水性,软弱夹层内部及边坡底部灰岩的孔隙水压力并无太大变化。研究结果可为揭示类似地质条件下边坡的降雨渗流规律提供有益参考。     

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。