基于温度场对边坡降雨入渗的模拟分析

降雨入渗直接影响土质边坡渗流场分布,是土质边坡失稳的主要诱发因素.通过降雨强度、水力坡度、渗流量等因素对土质边坡发生滑动破坏部位的渗流场影响的分析,求解降雨入渗与边坡失稳的内在联系.基于渗流场方程和温度场方程原理的比较分析得出可以运用温度场模拟渗流场变化规律,运用Adina有限元分析软件中温度场对边坡降雨作用进行流固耦...     

非饱和-饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响研究

土质边坡在降雨条件下发生的破坏失稳与土体的非饱和-饱和状态变化存在必然的内在关联。考虑土质边坡的非饱和-饱和状态变化,以此建立非饱和土抗剪强度与基质吸力之间的函数关系,并结合基质吸力的理论分布规律,运用非饱和土边坡的稳定性分析方法研究边坡安全系数,分析土体由非饱和状态向饱和状态的转变过程中边坡安全系数的变化规律。结果表明,雨水入渗使得土体由非饱和状态向饱和状态进行转变;在坡脚处最先出现塑性区,并逐渐向坡顶发展,直至形成贯通塑性区而使土体破坏;土质边坡的滑移面由浅层滑移向深层滑移发展;结合不同的入渗深度下边坡的瞬态安全系数值的变化规律,能够量化计算边坡失稳的临界入渗深度值,为实际工程提供合理的判断依据。     

冻融-渗流耦合作用下土质边坡稳定研究进展

寒区土质渠道边坡春融期降雨及融雪形成的渗流严重影响渠道安全,近年来国内外学者对冻融循环后土体物理力学特性以及饱和-非饱和渗流的研究越来越多。为了更好地对冻融-渗流耦合作用下土质边坡稳定性进行研究,在前人研究的基础上,对目前冻融-渗流耦合作用下土质边坡稳定研究进展进行了全面总结,文章主要分析介绍了冻融循环对土体渗透系数的影响,并论述了饱和-非饱和渗流理论、降雨及融雪入渗理论的研究进展。最后,通过国内外对冻融-渗流耦合作用下土质边坡稳定研究现状,对寒区土质渠道边坡春融期边坡稳定性研究进行总结和展望。     

考虑流固耦合的降雨入渗过程对非饱和土边坡的影响研究

流固耦合是指固体在渗流场作用下的变形行为以及固体变形对渗流场影响这二者相互作用的 理论,在探讨了渗流场与应力场相互作用机理后,提出了考虑渗流与应力直接耦合作用的非饱和土质边 坡雨水入渗过程影响的有限元计算模型分析方法。基于ＡＢＡＱＵＳ分析软件,考虑了流固耦合和土水特 征曲线,结合一典型非饱和土质边坡算例,对土坡受降雨入渗的影响进行了有限元数值模拟研究,得出 了非饱和土质边坡基质吸力、饱和度、变形和稳定性受降雨影响的变化特征规律,指出了在工程设计中 考虑耦合作用和雨水入渗影响的合理性和必要性,为进一步研究和相关工程设计防护提供参考。     

降雨模式对土质边坡稳定性的影响

降雨是诱发边坡失稳的重要因素。通过数值模拟分析降雨入渗规律,基于饱和-非饱和理论和边坡稳定性分析理论,在相同降雨量和相同历时的4种降雨模式(减弱型,增强型,集中型,平均型)下,运用Geo-studio软件模拟了土质边坡不同部位孔隙水压力随时间的变化规律和边坡稳定安全系数随时间的变化曲线,结果表明:降雨模式对土质边坡降雨入渗规律和稳定性有显著的影响,减弱型降雨模式对土质边坡内孔隙水压力的变化影响最大;在减弱型降雨模式下边坡稳定安全系数下降最快,集中型和平均型次之,增强型下降趋势平缓;坡脚的孔隙水压力变化较坡中部和坡顶的大,离边坡表面深度越大降雨对土体孔隙水压力影响越明显。     

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。     

基于非饱和－饱和渗流的降雨入渗边坡稳定性分析

对于雨水入渗导致的土质边坡稳定性问题,基于土质边坡非饱和－饱和渗流和ＤＰ５本构模型,引入非饱和土的基质吸力分量、抗剪强度方程和渗流方程,进行了非饱和－饱和渗流场与应力场耦合的边坡稳定性数值分析。结果表明:降雨入渗后,在土体历经由非饱和状态向饱和状态转变的过程中,土体的重度增加导致附加应力增加,饱和度增大致使基质吸力减小,渗流与应力的耦合作用增大了边坡的不稳定性;边坡滑移破坏开始在饱和的表层区域出现,滑移破坏从浅层渐近向深层发展;塑性破坏在坡脚部分最先出现,由坡脚逐渐向坡顶延伸,最后塑性区域贯通并扩大,造成边坡失稳。研究结果可为工程实践提供有效实用的依据和方法。     

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。     

降雨入渗过程中岩质边坡的稳定性分析

为定向和定量分析降雨入渗过程中岩质边坡的稳定性,引入SURPAC三维边坡模型,建立基于边坡滑移后块体趋势分析的降雨入渗过程中岩质边坡稳定性分析模型,以边坡坡顶、坡角及采空区部位的应力等为约束介质参量,结合边坡滑移后块体趋势特征分析,模拟断续节理变形及破坏过程,实现了对降雨入渗过程中岩质边坡稳定性的定向和定量分析。结果表明,该分析模型可量化分析边坡的安全系数、应力-应变场的变化情况,提高了降雨入渗过程中的岩质边坡安全稳定量化分析能力。     

考虑暴雨入渗的覆盖层滑坡体渗流特性及稳定性评价

为了分析雅砻江流域卡拉水电站上游库区上田镇滑坡体受暴雨影响程度,选取了上田镇滑坡体典型断面,建立二维饱和-非饱和渗流计算模型,采用有限元法模拟了暴雨入渗过程。根据模拟结果分析了在暴雨入渗条件下蓄水前后的工程边坡的渗流特性及应力分布,并对边坡稳定性和边坡防护措施效果进行评价,结果表明,暴雨入渗会引起边坡的稳定性降低,并可能引起边坡失稳。有限元法对分析边坡稳定性有实际的指导意义。     

降雨入渗边坡非饱和渗流过程及稳定性变化研究

天然降雨和高坝泄洪雾化雨入渗对大坝下游边坡有两方面影响,一是升高含水率使土体重度增加,导致其下滑力增加;二是升高土体含水率,降低土抗剪强度和阻滑力。因此,降雨入渗引起的滑坡时有发生。对此设计了室内人工降雨物理模型试验,分析研究砂土质边坡降雨入渗情况下,边坡内部水分扩散过程和规律以及暂态饱和区扩展过程,计算各入渗时刻边坡的安全系数,分析入渗发展对边坡稳定性变化过程及其特征的影响。试验分析结果表明:降雨入渗率先在边坡表面形成暂态饱和区,随着降雨持续,暂态饱和区逐渐扩大;雨强越大,降雨期间形成的暂态饱和区越大,边坡稳定安全系数的降幅就越大;试验得到了降雨入渗深度随降雨历时和强度变化的经验式。增大降雨强度会使试验砂土的含水率更接近于饱和含水率,但无法使砂土完全饱和。降雨入渗对边坡稳定性的影响不仅仅发生在降雨过程中,降雨停止后,水分入渗过程延续,边坡稳定性持续降低,水分入渗在一定的延后时间内继续威胁边坡安全。雨强为144 mm/h条件下边坡稳定安全系数在6 h时降到了最小值1.196,最大降幅达38.2%。     

暴雨情形下含裂隙土质边坡的瞬态稳定性

以山西省安太堡露天煤矿某地质剖面为例,采用Slide软件对暴雨情形下含裂隙土质边坡的稳定性进行分析,确定边坡潜在滑动面的位置,合理布置促使边坡发生推移式滑坡和牵引式滑坡的裂隙,应用MIDAS/GTS软件模拟分析降雨条件下的坡体应变规律和边坡稳定情况。结果表明:随着降雨入渗,边坡塑性区自坡脚向上部不断发展,直至形成贯通的塑性区;在持续降雨1.5 d时,边坡的稳定性最差,存在表层滑动可能;所提出的边坡裂隙布置方式更能反映含裂隙土质边坡在暴雨情形下的实际情况。     

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。     

极端冰雪灾害对边坡工程稳定性影响分析研究

为了研究极端冰雪灾害对边坡工程稳定性的影响,根据饱和非饱和渗流分析理论并结合工程实例,对考虑不同融雪入渗补给强度和入渗时间等5种工况进行了分析计算。结果表明:当融雪入渗补给时,边坡的滑动模式和潜在滑动面基本不变,但边坡稳定安全系数随融雪入渗过程呈下降趋势,且前12 h安全系数降幅最大;融雪入渗补给强度对边坡稳定性影响较大,坡体表面停止入渗补给后,上部岩体富集水会继续下渗,若入渗强度较大,安全系数仍缓慢降低;若入渗强度较小,安全系数会缓慢上升;最危险工况一般在融雪入渗48 h左右发生。     

考虑径流补给的滑坡渗流三维有限元模拟

现有数值模拟方法在模拟边坡降雨入渗时通常不能考虑径流流量补给对滑体渗流的影响,当滑床和滑带的渗透性相对于滑体极低时,会出现低估降雨入渗量、高估滑坡稳定性的现象。以Richards方程、运动波方程和有限元法为基础,提出了一种降雨时滑坡渗流数值模拟方法。该方法忽略滑床和滑带的渗流而只考虑滑体渗流过程,从而减小计算规模,也避免了因滑体与滑床(滑带)渗透性差异过大引起的数值计算困难;依据地形和滑体降雨入渗边界饱和情况,修正降雨入渗边界类型和流量,实现了考虑径流流量补给的滑坡降雨入渗简化数值模拟。对简单土质边坡降雨入渗进行数值模拟,从水量平衡与边坡渗流场两个角度,对比了考虑和不考虑径流流量补给的区别;结果表明,考虑径流流量补给时才能保证计算结果水量平衡,正确反映降雨入渗对基质吸力大幅降低的作用。     

渗流条件下山体土质边坡的蠕变分析

运用改进西原蠕变模型,建立了能反映蠕变全过程的非线性粘弹塑性蠕变模型,结合渗流力学理论得出了平面应变情况下的流固耦合方程。通过算例数值计算对降雨条件下土质坡体特征点的水平和垂直位移进行了分析,结果与现场调查相符。计算结果表明,土质边坡在降雨入渗初期位移变化较大,且水平位移比垂直位移大;降雨入渗具有迟滞效应,雨水渗流主要集中在坡体浅层,加强坡面防护很关键。     

江西省域范围持续性强降雨诱发层状土质边坡滑坡灾变机理研究

依托江西省信江八字嘴航电枢纽建设项目,以江西省层状土质边坡为研究对象,利用自行研发的滑坡模拟设备和可调式降雨装置,研究滑坡产生机理,并与Geostudio2018软件模拟相互印证。结果表明,持续性强降雨条件下,内部成层结构会影响土体稳定性,不同倾向的层状土质边坡安全系数变化规律有较大差异;顺倾边坡坡体和坡面受强降雨破坏更严重,更容易发生滑坡;坡顶及坡脚应为滑坡防治的重点部位;倾向、成层结构会影响雨水入渗;层状土质边坡降雨入渗过程十分复杂,导致滑坡灾变具有一定的滞后性;在物理模型试验中,砂土、粉土的十字板剪切强度与含水率之间在一定含水率区间内呈线性关系,超过区间范围则线性关系不复存在。     

考虑降雨入渗的某矿区滑坡数值模拟分析

矿区坡体土质粘粒较少,在二次翻采、随意堆弃工况下,极易造成滑坡区土质疏松、加大土体的孔隙率。根据矿区滑坡坡体的工程地质及工况特点,考虑土体内应力场与渗流场之间的流—固耦合作用,采用有限元法,对比分析了某矿区滑坡体的边坡在降雨前、后的边坡安全系数.数值分析表明,考虑降雨入渗的情况下边坡安全系数明显下降.     

海河平原井控区土壤接纳雨水能力分析

对不同土质的土壤入渗特性和降雨入渗规律应用数学模拟的方法进行计算,定量分析了土质、初始含水率、雨量及雨型对入渗的影响。在此基础上,建立了不同土质条件下累积入渗量与入渗率的关系曲线,对北方平原井控地区的三水转化进行分析计算,揭示了实行降雨多年调节工程模式的可行性。     

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。