降雨对库岸区边坡稳定性的影响研究

库区修建高速公路有时因为地形条件等原因会无法避免把高速公路建在临湖地段,这就使得临湖路堤边坡会受到复杂水文条件的影响。水位的涨落会对边坡的稳定性产生重要的作用,很多临湖滑坡是发生在水位升降期间的,因此对此进行研究非常有必要。利用有限元软件迈达斯进行临湖区路堤边坡的模拟研究。结果表明,边坡水位的升降对边坡稳定性具有重要的作用。当水位上升时,动水压力的作用使安全系数增加;当水位稳定、土体接近饱和时,动水压力消失,边坡安全系数降低,最终由于基质吸力的消失而变得更加不稳定;当水位下降时,情况基本与上升时相反,安全系数先降低后升高,最终比水位下降前更高。只是在同样的水位升降下,边坡土体的排水时间比进水时间更长。水位上升和下降的速度也有一定的影响,变化更快导致动水压力更大,对边坡稳定性会更有利或不利;对于库岸区边坡,影响边坡稳定性因素主要是边坡的水位,坡面的降雨由于产生的动水压力较小,所以对边坡的作用是削弱了边坡的稳定性。这一点无论水位上升还是下降的情况下都是一样的。     

不同库水位升降速度对大坝边坡稳定性的影响研究

为了提高水库的安全管理水平,以极限平衡为理论基础,使用GEO-SLOPE软件中的SEEP/W模块和SLOPE/W模块,分别计算了某水电站水库右岸边坡土体在不同水位升降速度情况下边坡稳定安全系数的变化规律。结果显示:在正常蓄水状态下,边坡稳定安全系数曲线变化趋势是先降低,然后升高,随后曲线趋于稳定。水位上升速率越快,边坡土体稳定安全系数越高,边坡越趋于稳定。但当蓄水速度超过一定数值时,边坡稳定性会降低。当库水位降低时,边坡稳定安全系数先降低,到达极小值之后再平稳上升。因此,为了保证大坝边坡的稳定,在建设水库中,水库在蓄水和排水过程要随时监测边坡内部的结构面状况;在水库运行调度中,应合理控制水位升降的速度。     

库水位升降作用下锦屏一级水电站左岸边坡地下水渗流特征研究

为了研究锦屏一级水电站蓄水过程中库水位变化对边坡地下水渗流特征的影响,将左岸边坡构建精细的地质模型,并以饱和—非饱和渗流理论为基础,应用Geostudio Seep/W分别对5个库水位升降工况进行数值计算。结果表明:当库水位上升时,地下水渗流方向会由指向坡外变为指向坡内,而坡表的孔隙水压力首先增大,浸润线呈现出上凹的特征。当库水位下降时,地下水渗流方向会由指向坡内变为指向坡外,坡表的孔隙水压力快速减小,浸润线呈现出下凹的特征。而无论是库水位下降还是上升,岸坡内的渗流场变化始终会滞后于库水位的变化。产生这种滞后现象的原因与库水位升降速率和坡体渗透系数的大小有关。当渗透系数小于升降速率时,渗流场的动态变化就会产生滞后现象,并且库水位升降速率越快这种滞后现象越明显。     

库水位升降作用下土质边坡渗流场动态变化研究

为探索水库边坡尤其是土质边坡在库水位升降条件下渗流场的变化规律及边坡的稳定性,建立了较大比例尺的库岸土质边坡地质试验模型。用孔压计测得试验模型的孔隙水压力随水位升降的变化值,以非饱和渗流理论为基础,并结合试验所测数据,用Geostudio有限元数值分析软件SEEP/W 模块进行水位升降条件下的瞬态渗流场模拟。结果表明：坡体孔隙水压力随试验水位的升降而变化,坡体位置高程越高,孔隙水压力和基质吸力变化的滞后性越明显。孔隙水压力模拟值与计算值基本一致,表明模拟所选参数和水土特征曲线能反映模型试验情况。     

水位骤降和降雨条件下生态护坡稳定性分析

为研究生态护坡对边坡工程的影响,结合湖南省情况,针对由Tap型和Plate型根系构成的生态护坡,对其在水位骤降和降雨作用下的渗流场和边坡稳定性进行了研究,结果表明:边坡顶部和上部孔隙水压力在降雨初期会不断升高,当达到峰值后孔压会有所降低,其增幅约在4 d时达到稳定状态;边坡中部和下部孔隙水压力主要受水位骤降影响,随水位降低而持续减小;水位骤降速率越大、降雨持续时间越长,边坡安全系数降幅越大,前峰型降雨影响程度最大;生态护坡能有效减缓和降低水位骤降与降雨对边坡渗流场和稳定性的不利影响,草皮+乔木护坡效果最好,然后是乔木护坡和草皮护坡,这是因为乔木多为Tap型根系,其根土复合体范围更大。在实际工程中,可结合具体情况和工程成本合理选择生态护坡类型。     

水位升降速度对岩质岸坡变形及稳定性的影响

为研究水位升降速度对岩质岸坡变形及稳定性的影响,以某水库高陡边坡的库水位升降为背景,采用Geo-Studio系列有限元分析软件,对库水位升降进行了全过程缓变、全过程急变、单独急速降水及单独急速升水4种条件下的流固耦合数值模拟,研究库水位升降全过程中升降速度对岸坡岩体变形位移、"近似蠕变"及稳定安全系数的影响效应,单独升、降库水位条件下升降速度对岸坡岩体变形位移、稳定安全系数的影响规律。结果表明:增大库水位升降全过程速度对观测点位移极值、敏感性及变化普遍规律几乎无影响,但对位移变化速率影响较大,"近似蠕变"规律与各测区整体位移变化规律类似,但其位移曲线斜率较大,稳定安全系数在水位上升阶段及最高恒水位阶段整体表现较大,在下降阶段及最低水位阶段整体表现较小;增大单独下降速度时,位移极值几乎一致,稳定安全系数较小,曲线斜率较大;增大单独升高速度时,位移极值几乎一致,稳定安全系数较大,曲线斜率较大;岸坡稳定性评价应将稳定安全系数与观测点位移综合起来分析。     

黏土心墙坝库水位骤降联合降雨上下游坝坡渗透稳定性数值模拟

为研究库水位骤降联合降雨情况下某黏土心墙坝的渗流特性以及稳定性规律,利用Geo-studio软件,对库水位骤降、不同强度降雨以及降雨发生在库水位骤降的不同时刻下的某黏土心墙坝的渗流特性以及上下游坝坡的稳定性规律进行了数值模拟。计算结果表明:(1)库水位骤降工况下孔压降低152%,上游坝坡安全系数先减小12.8%,后略有增大,下游坝坡则增大0.5%,库水位下降速率越大,孔压下降越快,上游坝坡安全系数下降越快,最小安全系数越小,下游坝坡安全系数上升越快;(2)降雨工况下孔压先平均增大2.1%后降低至初始水平,安全系数则先减小0.3%后增大至初始水平,降雨强度越大,孔压上升的幅度越大,最小安全系数越小;(3)降雨发生在库水位骤降不同时刻下,孔压呈现先减小后保持不变,在降雨时刻呈现突然上升的趋势,上游坝坡安全系数先减小后维持不变,下游坝坡安全系数先增大后保持不变,在降雨时刻突然下降,降雨发生在库水位下降结束时刻安全系数最小。     

坡前水位降落对边坡稳定性影响试验

基于室内模型试验模拟水位降落过程中边坡渗流场变化,得到不同坡形、降落速度、土体材料和降落差对边坡渗流场及稳定的影响。研究表明,边坡水位下降初期,边坡内外孔隙水压力差值随着边坡水位的下降逐渐增大;边坡水位下降后期,边坡前缘水位趋于稳定,边坡内外孔隙水压力差值逐渐减小,边坡渗流场接近稳定状态。渗透性能好的土体,当边坡前缘水位处于稳定状态后,边坡内部孔隙水压力衰减速度较渗透性差的土体快,水位下降对边坡稳定性的不利影响更显著、时间也更久。水位降落速率、落差和坡形均对边坡有显著影响,随着水位降落速率增大、落差增大和坡比增大,边坡更易失稳发生破坏。     

SEEP/W与SLOPE/W耦合的边坡稳定分析

为更准确地分析降雨条件下边坡的稳定性,以大连变电站拟开挖边坡为实例,运用SEEP/W分析了不同持时和降雨强度条件下边坡内部孔隙水压力的变化规律。结果表明,降雨强度越大,空隙水压力上升越快;相同降雨量条件下,降雨强度越小,空隙水压力上升越大。随后将SEEP/W所得结果耦合到SLOPE/W中进行稳定性计算,计算结果表明降雨导致边坡安全系数下降;相同降雨量条件下,持时越长,安全系数越低。相应结果为利用SEEP/W和SLOPE/W耦合分析解决降雨条件下边坡稳定性问题提供了参考案例。     

不同水位下降速度下的砂性土堤边坡稳定性研究

高水位骤降、快降时产生的非稳定渗流对堤防边坡的稳定性影响较大,导致堤防破坏。本文通过室内物理模型试验,利用高精度传感器、地形测量系统观测堤防内部渗流场自由面、孔隙水压力、坡面地形变化,分析堤防边坡稳定性。研究表明:在水位骤降和快降情况下堤防边坡内孔隙水压力消散速率滞后于坡外水位的降落速度,产生指向坡外的渗流,影响边坡稳定;水位下降速度越快,堤防沉降变形越大,边坡稳定性越差。     

降雨入渗对土堤渗流及边坡稳定性影响分析

为研究不同降雨类型作用下土堤渗流场及边坡稳定性,基于饱和非饱和渗流原理,采用有限元方法模拟土堤在前峰型、后峰型、中峰型及平均型降雨作用下渗流场,分析土堤的渗流特性及边坡稳定性。计算结果表明：降雨会使下游坡土体孔隙水压力（以下简称孔压）增大,堤身下游浸润线升高,在降雨的作用下监测点孔压总体上呈现先增大后减少并趋于稳定的趋势,下游坡安全系数逐渐降低,降雨停止以后下游坡安全系数小幅上升并趋于稳定;安全系数最终值后峰型（1.730）＜中峰型（1.745）＜平均型（1.756）＜前峰型（1.757）,后峰型降雨对边坡孔压变化幅度和安全系数影响最大。研究成果可为堤防防汛抢险提供参考。     

三峡库区蔡坡堆积体库水位联合降雨工况下的渗流特性及边坡稳定性研究

目前,关于库水位联合降雨不同工况组合下滑坡渗流稳定问题的研究较少,为此基于非饱和渗流及稳定分析理论,以三峡库区蔡坡堆积体为研究背景,利用Geostudio软件对降雨、库水位及其组合工况下的堆积体边坡的渗流特性及稳定性进行了数值模拟,得到了边坡不同部位的孔压变化、边坡的安全系数曲线及湿润锋发展规律。结果表明:库水位骤降速率越大,则孔压下降越快,降雨强度越大,则孔压上升幅度越大,单纯降雨孔压上升幅度要大于库水位骤降情况孔压下降幅度。降雨发生在库水位骤降不同时刻的孔压特性综合了单纯降雨与单纯库水位下降的综合特性,位于边坡下部的孔压值要大于上部。库水位骤降下安全系数先降后升,降雨情况下安全系数先下降后保持稳定,单纯降雨导致的安全系数降幅要大于单纯库水位骤降情况,降雨发生在库水位骤降不同时刻下,安全系数在降雨时刻有一个突降,其中降雨发生在第6～8 d安全系数最小。降雨联合库水位骤降边坡失稳概率最大。库水位骤降速率越大浸润线越下凸,降雨强度越大边坡表层的湿润锋发展越充分,降雨与库水位联合作用下湿润锋变化规律相似,但是浸润线的下凸程度不同,这是导致这种情况下边坡安全系数不一致的原因。     

水位升降速率对河堤边坡稳定性影响及其机理探讨

为分析水位升降速率对河堤稳定性的影响,分别计算了不同水位升降速率下河堤安全系数,并基于其应力分布对其形成机理进行初步探讨。结果表明:水位下降时,坡外水压力减小迅速,而坡体内水压减小相对滞后,形成由坡内指向坡外的压力差,增大的坡体下滑力导致河堤库岸边坡不稳定;而水位上升时,垂直坡面向里的渗透力以及坡面的水压力增强了河堤边坡稳定性。     

水位升降对荆江高滩岸坡渗流场影响分析

为了进一步分析长江荆江中州子河段高滩岸坡稳定性,考虑该河段水位变化特点,以饱和-非饱和渗流理论为基础,应用 Geo-studio软件seep/w渗流分析模块,对该河段二元土体结构高滩岸坡进行了渗流场模拟。结果表明：江内水位上升初期及下降期间,岸坡渗流以指向江内为主,且渗流方向随着水位升降而变化;当水位升降速度小于土体渗透系数时,土层内浸润线基本与江水位同步变化,反之则浸润线明显滞后于江水位变化,且水位降速越大,地下水位坡降越大,不利于岸坡稳定;水位上升时,岸坡内最大孔隙水压值增大,负孔隙水压区（非饱和区）减少,反之则最大孔隙水压值减少,负孔隙水压区增加。     

库水位骤降下非饱和岩质边坡稳定性数值模拟

为研究库水位骤降下岩质边坡渗透稳定特性,推导了基于Hoek-Brown准则下考虑岩质岩体非饱和效应的极限平衡抗剪强度公式,并结合Biship法推导了基于该方法的安全系数表达式,基于Geostudio与Python平台实现了库水位骤降下某岩质边坡渗透稳定性的分析,以4种不同Hoek-Brown参数表征不同类型的岩质边坡并对其进行了敏感性分析。结果表明:库水位下降速率较小时,边坡内部浸润线呈现"先密后疏"的规律,库水位下降速率较大时,边坡内部浸润线呈现"先疏后密"的规律,库水位下降速率越大,前期浸润线的"弯折"程度越大;上部监测点孔压在深度2 m以下随深度呈线性分布,而中部监测点与下部监测点孔压随时间呈线性分布。库水位下降速率越快,监测点孔压下降越快;不同工况安全系数随时间呈现先减小后保持不变的趋势,单轴抗压强度σc、岩体性状mi、地质强度指标GSI与安全系数成正相关,而岩体损伤因子D与安全系数成负相关;不同Hoek-Brown参数对安全系数的敏感程度大小排序为mi≥GSI≥D≥σc。     

降雨对路堤边坡影响的数值模拟研究

以云南某路堤边坡工程为依托,利用GEO Studio有限元软件进行数值模拟,采用渗流-应力耦合的方式,研究降雨强度、降雨时长、土体渗透系数对边坡孔隙水压力及稳定性影响。研究结果表明：降雨强度越强,边坡表层的孔隙水压力上升就越快,边坡达到暂态饱和的区域也会增大;降雨持时的增长会使边坡表层孔隙水压力呈现先快后慢的上升特点,且暂态饱和区会由坡脚逐渐上移;土体渗透系数影响雨水的入渗速率,当其小于降雨强度时,边坡表层孔隙水压力变化明显,反之则不明显。边坡稳定性随着降雨强度、降雨时长、土体渗透系数的增大而降低,拟合后边坡稳定性与降雨强度呈指数递减型关系,与降雨时间呈线性递减关系,与土体渗透系数呈指数递减型关系。     

库水位变化对边坡稳定性影响的有限元模拟

在假定坡体孔隙水水位为水平线且不考虑渗透作用影响的基础上，基于强度折减有限元法分析了水位上升及下降速度对边坡稳定性的影响。对比计算表明，在库水位骤降或陡升条件下，相同库水位对应的边坡安全系数基本上均小于库水位缓慢变化情况下的安全系数。故在实际工程中，无论是排水还是蓄水，都应尽量保持水位缓慢变化，以使边坡处于相对较安全的状态。     

滑坡体渗流场与库水位波动响应关系研究——以三峡库区李家坡滑坡为例

以三峡库区李家坡滑坡为研究对象,在滑坡体下部建立了集孔隙水压力、水分含量于一体的实时监测系统,依托采集的长期连续观测数据,开展库水位升降过程中滑坡体地下水渗流场的变化规律研究。结果表明,库水位上升过程中,滑坡体内孔隙水压力的变化趋势与库水位保持一致但相对滞后,滞后时间最长达19 h;库水位下降过程中孔隙水压力的变化趋势与库水位上升时近似,但由于地下水回流影响滞后时间相对较长,最长达到32 h。库水位升降过程中水分含量实时监测数据及变化曲线能较好反映滑坡体含水量的响应规律,此规律若与孔隙水压力相结合,可较好地分析滑坡体地下水渗流场的变化过程,为后续滑坡的模型建设及稳定性评价提供可靠的数据支持,同时为同类型滑坡的研究提供借鉴。     

库岸边坡渗流及稳定性分析

库岸边坡常因受到库水位周期性波动的作用而失稳。传统的饱和土渗流及稳定分析方法无法正确描述水位升降过程中岸坡内孔压场的动态变化及其对岸坡安全系数的影响规律。本文从非饱和土的渗流和抗剪强度理论出发，分析了水位升降时土质岸坡的渗流规律及其稳定性的变化规律。通过选取典型的土性参数，对黏土、粉土和均质砂岸坡进行饱和-非饱和渗流分析，得到水位升降过程中岸坡内孔隙水压力场，再引入极限平衡方法，考虑基质吸力对非饱和土抗剪强度及岸坡安全系数的贡献，进行岸坡稳定性分析。分析表明，土体的饱和渗透系数和土水特征曲线共同决定了水位升降时岸坡内孔隙水压力的大小及分布，水位升降情况下岸坡安全系数的变化规律也与岸坡土体的渗透特性有关。     

库水位变化对岩质边坡稳定性影响的数值分析

以某水库库岸边坡为研究对象,基于强度折减理论,采用有限差分法FLAC3D对库岸边坡稳定性进行数值分析计算,利用fish语言编程建立位移与折减系数关系,将位移不连续作为边坡失稳判据。进而得出随库水位上升,边坡位移逐渐增加,在1/8~3/8满水位下边坡位移增加不明显,水位上升至满水位的6/8后边坡位移变化趋缓,对应的水位为126 m库岸边坡临界稳定水位。基于试验数据拟合出饱水-失水循环次数n与岩石强度指标的关系,得出水位的循环变化对边坡稳定性影响较大,且最低变化水位线越高边坡的安全系数变化越明显,水库蓄水、放水过程中最高水位不应超过满水位的6/8,建议为满水位的1/2左右。