双层结构边坡降雨入渗与坡面径流耦合分析

天然土质边坡在地质和人为因素的作用下,通常呈现一定层状结构,在强降雨作用下会产生入渗和坡面径流。研究降雨条件下坡面径流与地表入渗相互影响过程,对山地洪水和滑坡灾害防治具有重要意义,然而,目前为止对层状土边坡地表与地下渗流的相互作用机制的研究理解还极为有限。本文针对上粗下细型层状土边坡降雨入渗研究中忽略坡面径流影响导致入渗分析不符合实际这一问题,基于Moore双层入渗和坡面径流控制方程建立耦合模型,并通过Python编制相应的计算程序分析耦合条件下双层结构边坡降雨产流及停雨后雨水重分布全过程。数值分析结果表明边坡土体降雨入渗过程与坡面径流深度有关;降雨初期降雨强度<坡面入渗能力,入渗速率等于降雨强度,坡面产流后入渗速率随降雨持时逐渐减小趋于稳定;当湿润锋跨过土层交界面时入渗速率急剧减小,最终等于次层土的渗透率,意味着上粗下细型层状土入渗速率主要由次层土控制同时降雨停止后径流快速衰退,已入渗的雨水在重力和湿润锋下方土体基质吸力的作用下继续向下推移,湿润锋入渗深度随雨水重分布历时趋于平缓。算例表明,该计算模型与计算方法可行,能够较好地反映实际层状土边坡的降雨入渗过程,为类似的层状土边坡研究提供计算依据。     

降雨入渗对隧道下穿路基段边坡变形稳定性的影响分析

隧道下穿运营高速公路路基边坡施工扰动造成既有路基边坡的松动和变形,降雨入渗引起的下滑力增加和滑面抗剪强度的降低进一步加剧了边坡的变形,考虑降雨入渗和隧道下穿施工影响的路基边坡稳定性分析及确定合理、可行的加固方案对确保路基边坡的稳定性尤为重要.以贵阳轨道交通1号线下麦西地铁隧道下穿运营高速公路路基边坡工程为背景,考虑雨水入渗条件下隧道施工扰动对边坡稳定的影响,基于路基边坡土体的土-水特征曲线特性构建非饱和土体的流固耦合计算模型,分析雨水入渗条件下扰动路堤边坡的位移、塑性区特性和路堤边坡的安全性,分析结果表明降雨入渗对含软弱夹层的路基边坡稳定性影响显著,造成路堤边坡沿该弱面的塑性区贯通;考虑降雨的影响,经历降雨影响后的边坡安全系数降低,低于原边坡的安全系数,因此对受临近施工扰动的边坡需要考虑不同降雨次数后边坡安全性的累积作用.考虑降雨对扰动路堤边坡的影响,对比分析了锚索和抗滑桩加固措施对边坡滑移的控制效果,建议并实施了路堤边坡的施工,取得了良好效果.     

岩质边坡在降雨条件下的稳定性分析

雨水入渗改变了岩质边坡非饱和区渗流场的分布,是引发边坡滑坡的主要因素之一.在极限平衡理论和非饱和土抗剪强度理论基础上,引入了渗透力的概念,利用有限单元法进行了降雨条件下岩质边坡稳定性的分析.最后,利用编制的边坡稳定程序进行了算例分析,结果表明,岩体边坡的稳定安全系数随着雨水的不断渗入在逐渐地降低,即降雨入渗对边坡的稳定具有不利影响.     

降雨入渗对煤系膨胀土边坡瞬态稳定性影响分析

采用非饱和瞬态渗流有限元与极限平衡法相结合,对降雨入渗过程中煤系膨胀土边坡的渗流场与稳定场进行数值模拟,分析了土体渗透系数、降雨强度、降雨持时以及坡比等参数变化对煤系膨胀土边坡稳定性的影响。研究结果表明,土体渗透系数对边坡安全系数有较大影响,渗透系数较大的边坡在降雨48 h后,其安全系数出现陡降,最大降幅达到27. 82%。降雨强度越大,相同降雨持时的边坡安全系数越小,安全系数的降幅也越大。坡比对煤系膨胀土边坡的安全系数有显著影响,边坡安全系数随着坡比的减小而增大,在降雨强度为8. 33"10-7m/s的情况下,建议该类型土质边坡的坡比取值为1∶1. 5～1∶1. 75。     

雨水入渗下膨胀土路堑边坡的稳定性数值分析

膨胀土路堑边坡发生滑坡的主要原因是雨水的入渗.通过分析膨胀土路堑边坡的工程特点和破坏机理,考虑雨水的入渗的情况下膨胀力变化的规律,选用合适的本构模型,对膨胀土路堑边坡的各种增湿状态进行仿真模拟,根据不同的降雨条件对膨胀土不同的入渗深度,对膨胀力进行简化,建立简单合理的膨胀力变化模型.分析发现膨胀土路堑边坡稳定性主要受雨水入渗后膨胀土的含水量影响,浸水后膨胀土边坡的安全性明显降低.这也要求在膨胀土路堑边坡的设计过程中,不仅要选用合理的坡率,而且要重点注意路堑边坡的防护和排水措施.     

强降雨条件下含软弱夹层粘性土坡稳定性分析

为了分析含软弱夹层粘性土坡在强降雨条件下的稳定性,结合某失稳边坡工程现场实际调研资料,基于饱和非饱和渗流与非饱和抗剪强度理论,提出了一种新的含软弱夹层粘性土坡稳定性分析方法,并利用该方法分析了强降雨条件下边坡的渗流特性及安全系数变化规律。分析结果表明：降雨入渗先在边坡软弱夹层内形成暂态饱和区,且当坡顶入渗的雨水未渗流至软弱夹层时,夹层内暂态饱和区中的雨水会沿夹层上表面向着坡顶方向渗流;降雨入渗过程中,边坡基质吸力与铅直有效应力之间存在严格的正相关变化关系;随着降雨历时的增加,塑性区首先在软弱夹层内部贯通,然后向坡顶扩展,边坡安全系数逐渐降低;降雨停止一段时间后,由于坡顶入渗雨水的补给,软弱夹层内局部将仍存在暂态饱和区,此时,塑性区面积会由坡顶向软弱夹层内部减小,再由夹层内部至坡面逐渐缩减,但边坡安全系数并未明显上升;根据数值计算结果可将粘性土坡失稳过程分为夹层软化、夹层挤压、拉伸裂缝、坡顶沉降和断裂滑移等5个阶段。因此,为了降低强降雨对边坡稳定性的影响,在含软弱夹层粘性土坡支护设计时应着重考虑边坡排水系统的合理布设。     

双层结构土质边坡降雨入渗过程及稳定性分析

针对天然土质边坡由于地质和人为因素的作用,通常呈现一定层状结构这一问题,基于Moore水质量分数模型,结合降雨强度,将双层土边坡的降雨入渗过程划分为不同阶段.以一基岩型土质边坡为例,利用渗流有限元程序SEEP/W分析双层土边坡降雨入渗全过程.分析结果验证了双层土边坡降雨入渗过程的不同阶段：当降雨强度<表层土体的渗透系数时,初始降雨入渗率=降雨强度;当表面发生积水后降雨入渗率急剧下降,最终等于基岩的渗透率;降雨强度越大,表面发生积水的时间越短;当考虑平行边坡的渗流时,边坡的稳定安全系数在湿润锋到达基岩接触面时发生突变,湿润锋到达接触面时引起接触面的孔隙水压力上升是滑坡破坏的主要原因.得到降雨强度、降雨持续时间与湿润锋深度的相关曲线.研究成果揭示了降雨入渗对双层土边坡的破坏机制.     

降雨条件下坡积土边坡暂态饱和区形成机理及分布规律

降雨是引起坡积土边坡失稳的最常见外部因素之一。雨水的入渗在引起土体抗剪强度参数降低的同时,还将导致土体重度的增加、基质吸力的降低,最终造成边坡的失稳。开展雨水在边坡内部的渗流过程研究已成为分析边坡在降雨条件下稳定性的前提。基于有限元数值模拟方法,进行了雨水在土体中渗流过程的模拟,着眼于降雨条件下边坡暂态饱和区的形成、分布及消散特征,描述了该过程中边坡内部含水率、基质吸力、水力梯度的变化规律。结果表明：暂态饱和区形成的主要原因是土体中向湿润锋下方渗出的雨水量小于降雨入渗补给量,从而使得土体中的含水率累积升高;暂态饱和区的形成与降雨强度、降雨时间具有十分密切的关系,暂态饱和区形成时间、雨水入渗深度、土体表面体积含水率大小分别与降雨强度存在函数关系;清晰描述了暂态饱和区形成发展消散地下水位升高的全过程,从该过程看,边坡排水措施的设计值得思考。     

以建筑垃圾为填料的湿润气候区毛细阻滞型覆盖层综合性能评价

利用建筑垃圾构筑毛细阻滞型覆盖层有利于解决建筑垃圾出路难题和覆盖层土料来源问题;对湿润气候区的毛细阻滞型覆盖层性能进行综合评价,有利于规范湿润区毛细阻滞型覆盖层的应用,因此具有重要的理论研究和实践应用价值。建立了以持水性、防渗性和抗滑性为指标的毛细阻滞型覆盖层综合性能评价体系,即当存储量(包括蒸发量)大于降雨入渗量的61.00%,渗漏比小于30.00 mm/当地年降雨入渗量,抗滑稳定安全系数大于1.35时,覆盖层综合性能良好。构建了以再生细骨料为持水层和营养植被层填料、再生粗骨料为排水层填料、固化泥饼为防渗层填料的毛细阻滞型覆盖层模型,通过Geo-studio软件分析了该毛细阻滞型覆盖层的持水能力、防渗性能、抗滑稳定性。结果表明:持水层存储量随持水层厚度增加而逐渐增大,防渗层渗漏量随持水层厚度增加和坡度变陡而逐渐减小,边坡稳定安全系数随坡度变陡和雨强增大而逐渐减小。因此,利用上述土料填筑的毛细阻滞型土质覆盖层应用于湿润气候区是可行的,建议持水层厚度不小于0.90 m,坡度不大于1∶2。     

空间与颗粒参数对块石土边坡稳定性影响数值模拟研究

块石土边坡具有物理力学性质复杂、非线性强等特性,受块石–土体空间分布、块石粒径等几何因素影响较大。为研究空间与颗粒参数对块石土边坡稳定性影响,基于已有的块石形状数据库随机生成方法,采用ABAQUS软件非线性分析方法,考虑含石量、最大粒径、空间分布等多种几何因素,建立大量有限元模型进行计算分析。结果表明:含石量增大,边坡安全系数上升,且含石量在50%～60%区间内上升速率最快;含石量增大,同粒径组边坡安全系数标准差增大,模型安全系数差异变大。最大粒径增大,块石分布对于边坡安全系数的影响增大,边坡稳定性先减小后增强,同粒径组边坡安全系数标准差增大。含石量和最大粒径增大,块石空间分布对于边坡稳定性影响增大。粒径大小、块石空间分布对于块石土边坡稳定性影响方式也不同,大粒径块石存在令滑动面向边坡内部发展,而密集小粒径块石大多是令滑面呈折线形,二者皆可增大边坡稳定性。当块石长轴与坡面夹角为90°、135°时,边坡塑性区呈发散分布,滑面更靠内部,稳定性更好;当块石长轴与坡面夹角为0°、45°,则与上述情况相反。在通常沉积条件下,边坡稳定性随长短轴比增加而降低,滑动面越发平滑,塑性区范围也更加集中。研究结果表明,几何参数不同,边坡稳定性差异较大,且具有一定规律性,在实际工程中有一定的参考价值。     

土-水特征曲线在雨后基坑边坡稳定性评价中的应用

为研究雨型和基坑坡顶硬化长度对非饱和土基坑稳定性的影响,采用GeoStudio中SEEP/W模块进行降雨模拟,得到雨后坡体孔隙水压力和体积含水率的分布特征。然后将降雨模拟结果导入到SLOPE/W模块中,结合固结快剪试验得到的抗剪强度参数进行数值计算,并对基坑边坡的稳定性进行评价。结果表明:瞬时强降雨入渗深度小,长时普通降雨的入渗深度大;坡顶硬化有利于限制雨水入渗,可减少入渗至滑面内的量,有利于基坑稳定;当坡顶硬化长度为3 m时,降雨对基坑稳定性影响不明显,长度为5 m时,基坑稳定性基本不受降雨的影响;基坑边坡土体初始含水率较低时,前期降雨对基坑稳定性不仅没有不良影响,反而有利于基坑稳定。最后,以实际滑坡为例,对模拟结果进行了验证并说明了坡顶硬化对基坑边坡稳定性的重要性。     

降雨循环条件下高切坡稳定性演化过程及预测方法

为进一步揭示降雨循环条件下基岩型台阶状高切坡的降雨入渗及稳定性演化过程,以乐西高速马边至昭觉段某粉质黏土覆盖层基岩型台阶状高切坡为研究对象,通过室内干湿循环试验建立土体抗剪强度参数劣化数学模型;利用Geo-studio数值模拟软件研究多工况降雨循环下高切坡降雨入渗过程,揭示不同降雨循环工况下及雨后高切坡内部渗流场及稳定性变化规律,建立降雨型高切坡稳定系数逐年劣化方程;结合室内试验及数值模拟结果,建立该类高切坡稳定系数预测方法。研究结果表明：降雨入渗过程中高切坡潜在滑移面形状及位置并不发生明显变化,且表现为高切坡深处圆弧面及基岩积水面的组合型滑面;相同降雨时间内,高切坡降雨入渗深度及稳定性劣化幅度与降雨强度成正相关;单次降雨循环周期内,高切坡稳定性劣化幅度与降雨循环次数成负相关;高切坡降雨入渗深度或入渗总量越大,雨后高切坡稳定系数回升越小;高切坡稳定系数劣化系数采用土体抗剪强度参数劣化系数平均值较为安全合理,所建降雨型高切坡稳定系数预测方法具有较高的精度。     

渗流-应力耦合效应对非饱和土边坡稳定性影响分析

基于VG模型得到土-水特征曲线与渗透系数函数曲线,通过建立有限元数值分析模型,采用有限元软件SIGAM/W与SEEP/W分别进行渗流-应力耦合分析与只考虑渗流的非耦合分析,将得到的渗流场与应力场导入SLOPE/W计算安全系数并对土坡内应力应变进行分析,研究耦合效应对边坡稳定性影响的相关规律。结果表明,渗流-应力耦合效应使得土体中雨水下渗速度更快,土中基质吸力消散更快;降雨对土坡稳定有不利影响,耦合分析土坡安全系数比非耦合分析小,耦合效应对非饱和土边坡稳定性影响不可忽略;降雨入渗条件下,土坡浅层出现应力集中现象,湿润锋深度处出现应力集中带,土坡易发生浅层破坏;坡脚水平位移比坡顶大,土坡失稳多从坡脚开始。     

降雨条件下花岗岩残坡积土路堑边坡稳定性研究

基于多孔介质饱和—非饱和渗流理论和非饱和土抗剪强度理论,采用极限平衡法与降雨渗流有限元相结合的方法,选取大庆—广州高速公路江西里仁—龙南段某典型高路堑边坡,利用岩土仿真软件GeoStudio建立模型,研究降雨条件下花岗岩残坡积土路堑边坡失稳破环的形态和机理。结果表明:随着降雨的进行,边坡中地下水位从坡脚处开始抬升,边坡坡脚处容易产生“小弧”滑动破坏; 土体体积含水量的增加使得基质吸力下降,从而降低土体强度和边坡的安全系数,且基质吸力与安全系数的下降幅度基本同步; 降雨强度对边坡的安全系数有较大影响,小雨阶段,安全系数降幅较缓,而暴雨阶段,安全系数降幅加剧,降幅达24.4%; 在强降雨条件下,滑面基质吸力大部分丧失,失稳边坡发生了从整体失稳向局部失稳、从深层失稳向浅层失稳的转变,即强降雨是浅层滑坡的主要外在因素。     

雾化雨作用下的裂隙岩体边坡渗流分析

针对裂隙密度较大的岩体,利用等效连续介质理论,建立了裂隙岩体在雾化雨入渗下的饱和－非饱和渗流数学模型。根据雾化雨模型试验,选定雾化雨的强度。结合自然降雨,对裂隙岩体岸坡进行了雾化雨入渗的数值分析。分析结果显示,相对与薄雾区和自然降雨区,暴雨区的孔隙水压力升高较快,易形成对边坡稳定不利的暂态饱和区。因此,暴雨区的坡面防护和坡内排水应给予重视。     

强降雨作用下昔格达边坡渗流特性及稳定性分析

昔格达地层分布于中国西南,其工程性质极差。为分析上覆第四纪残坡积物的昔格达组粉砂土边坡在强降雨作用下的渗流特性及稳定性,结合石棉县莫家岗滑坡,用数值模拟方法研究坡体渗流规律;用Morgenstern-Price方法计算各时刻坡体稳定性系数,并分析其变化规律。结果表明：雨水在坡体中逐层入渗,雨停后渗流过程将继续发展,由于存在土层分界面,坡体渗流特性不同于均质坡体;降雨过程中,孔隙水压力发生增长的范围在界面附近加速拓展,雨停后,土层分界面附近第四纪残坡积物仍处于近饱和状态;降雨入渗导致坡体边坡稳定性系数下降,且稳定性系数变化对降雨的响应存在滞后性。     

降雨入渗条件下无限边坡的稳定性分析

用Iverson解析解描述降雨入渗,并采用Mohr-Coulomb强度准则,对降雨过程中平移模式下无限均质边坡的水平位移进行弹塑性计算,据此分析边坡安全系数和滑坡前坡面水平位移的关系,并探讨土坡的抗剪强度参数、降雨强度和初始应力状态对边坡安全系数和水平位移的影响.结果表明,对于抗剪强度参数较小的无限边坡,在较大的降雨强度作用时,滑坡很快就会发生,且滑坡前的水平位移较小,但初始应力状态对滑坡发生的时间没有影响.     

Numerical analysis of rainfall infiltration in the slope with a fracture

1 Introduction It has been widely accepted that the rainfall infiltration through fractures is one of the most probable factors for slope failure. Recent studies have focused on the relationships between rainfall and slope failure, but the mechanisms of rainfall-induced slope failures have not been fully understood. As a result, many experiments and theoretical studies have been carried out to simulate the infiltration in the fractured soil[1—3]. Aimed at the infiltration in unsaturated rock …