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。     

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。     

扬州地区黏性土土水特征曲线试验研究及应用

对扬州地区典型黏性土进行了土水特征曲线试验研究,分析了干密度对土水特征曲线的影响。试验表明:土的初始干密度越大,进气值越大,脱水速率越小。采用Fredlund和Xing三参数模型计算得土水特征曲线方程,并推算出非饱和土的渗透系数曲线。通过对降雨入渗条件下的扬州地区典型黏性土边坡进行稳定性分析。结果表明:同等基质吸力下,非饱和土体积含水率越大,渗透系数越大;土体进气值越大,同等基质吸力下渗透系数越大,边坡越稳定;扬州地区黏性土体遭遇特大暴雨时,降雨4 d后边坡安全系数下降30%~50%,滑动面位于边坡表层。更多还原     

短历时强降雨下边坡滑移特征时空分布规律的研究

为了更好地进行边坡在极端降雨条件下的安全预警,探究边坡滑移特征在降雨过程中的发展规律,基于饱和-非饱和渗流理论和三维值模拟技术,以天津"720大暴雨"为典型,探讨了降雨强度和降雨类型对边坡滑移特征时空分布规律的影响。研究结果表明:不同降雨强度和降雨类型对边坡滑移特征的影响不同;降雨类型对边坡滑移特征的影响可归结于瞬时降雨强度和前期累计降雨量对边坡滑移特征的影响;在典型强降雨过程中,浅层土体进入饱和状态的速度和雨强正相关;孔隙水的消散速度和渗径长度呈负相关,支护结构的存在会减缓孔隙水的消散。本文可以为边坡在极端降雨下的安全预警和边坡工程的排水设计提供借鉴。     

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。     

降雨入渗下非饱和土边坡临界稳定性分析

运用分形模型预测非饱和土的土水特征曲线与导水系数曲线,结合孔隙气体流动分析,模拟降雨入渗条件下的一维非饱和渗透过程。根据非饱和土抗剪强度的分形模型,导出降雨入渗下非饱和土边坡临界深度公式,并分析了影响边坡稳定性的因素。非饱和土的分维与进气值影响土体的水理性质。分维影响降雨的入渗速度与入渗深度,而进气值影响降雨入渗下土体吸力的变化曲线形态。非饱和土的饱和导水系数与降雨强度对边坡稳定性影响较大,在降雨强度远大于非饱和土的饱和导水系数时,孔隙气体在降雨入渗过程中将产生气压,对吸力产生影响。     

典型草本植物防护砂性土边坡表层土体作用分析

通过典型草本植物护坡含根系砂性土直剪试验,得到草本植物防护作用下砂性土边坡表层含根系土的抗剪强度,分析了典型草本植物通过根系力学作用及植被水文效应两方面对砂性土边坡表层土体的防护作用。草本植物能够有效截留降雨、削弱溅蚀,抑制地表径流、控制土粒流失、降低孔隙水压力、提升土体黏聚力,以及增加土体抗剪强度。     

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。     

强降雨作用下尾水边坡非饱和渗流特征及稳定性分析

为探究抽水蓄能电站尾水边坡在强降雨作用下的稳定性,基于饱和-非饱和渗流理论模拟了强降雨条件下尾水边坡渗流场的分布及变化情况,并结合渗流计算结果,利用强度折减法对降雨条件下边坡稳定性进行了分析。结果表明：当降雨强度超过土体的饱和渗透系数时,坡脚和坡表下部率先出现暂态饱和区域,随着降雨历时的增加,润湿锋不断向坡体内部移动;长期降雨期间,边坡稳定性系数的变化主要由两个因素决定,一是孔隙水压力增加导致的有效应力减小,二是表层土体饱和容重增加导致的下滑力增加;降雨过程中边坡的稳定性系数不断减小,在降雨3d后稳定性系数发生突变;降雨前期边坡潜在滑面为弧形,随着降雨历时的增加滑面深度变浅,降雨后期边坡潜在滑面表现为沿润湿峰分布的直线形滑面,且随降雨持续作用,滑面随润湿锋向坡体内部移动。     

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。     

间歇性降雨条件下非饱和土边坡降雨入渗的变化规律

本文收集了南宁市2020-2022年5-7月份的详细降雨气象数据，采用Geo-Studio软件中的SEEP/W模块分析不同间隙性降雨条件下，非饱和边坡内部土体含水量的变化情况，总结非饱和土体降雨入渗的规律，结果表明，边坡内部土体含水量变化曲线基本与降雨强度分布相一致，距离地表越近的土体，受降雨影响变化越明显，越往边坡土体深处，受降雨影响程度越小，在地表以下同一深度内，斜坡土体体积含水量大于坡顶和坡脚土体。     

降雨入渗下的路堑边坡动态渗流稳定性分析

以深圳盐田区某边坡工程为研究对象,采用极限平衡法,利用Geo-Studio软件进行数值模拟,研究降雨强度、降雨时间对边坡渗流场的影响,同时引入可靠度理论,通过SLOPE/W中的蒙特卡洛随机抽样法对边坡进行可靠性分析,得到不同降雨时刻的边坡平均安全系数以及可靠度指标和失效概率。结果表明,孔隙水压力和体积含水率在降雨初期变化显著,后期随着降雨的持续,变化幅度逐渐减小;相同降雨时长,随着降雨强度的增加,孔隙水压力值变化范围增大;在持续大暴雨条件下,两级边坡中间平台在降雨第5天的入渗深度约为5.5 m,边坡安全系数减小为1.137,失效概率达到9.8%。对边坡进行锚杆支护后,有效提高了边坡的安全系数,加固效果显著。     

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。     

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。     

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...     

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。     

抗滑短桩锚拉竖向植筋带加固边坡的数值模拟

降雨诱发的滑坡灾害在我国频繁发生,传统的抗滑桩演变为抗滑短桩加固边坡,却又易产生“越顶破坏”现象。因此,提出了抗滑短桩通过竖向植筋带锚拉坡面网格梁兼顾浅层和深层防护的边坡加固技术,并采用数值计算的方法对其进行研究。首先,采用ＭＩＤＡＳ有限元软件对某一工程边坡进行降雨入渗分析;然后,对该边坡在抗滑短桩锚拉竖向植筋带加固前后的稳定安全系数、坡土变形和最大剪应力进行分析,探讨抗滑短桩锚拉竖向植筋带加固边坡的可行性。研究结果表明:随着降雨入渗,坡肩和坡脚处坡土孔隙水压力逐渐增加。坡脚处暂态饱和区范围由初始时刻的0ｍ扩展延伸至降雨结束时刻的1ｍ,边坡稳定性逐渐降低。抗滑短桩锚拉竖向植筋带能够承担部分下滑推力,使降雨结束后边坡从无加固时的失稳状态转变为相对稳定状态,有效避免了边坡浅层土体“越顶破坏”现象的发生。     

多种因素作用下非饱和黄土边坡稳定性分析

通过拟静力法和Mogernstern-Price法结合计算地震工况下边坡的安全系数。考虑非饱和土基质吸力和渗透系数函数,运用SEEP/W模块计算降雨入渗时土体的孔隙水压力变化,并耦合SLOPE/W模块进行降雨工况和降雨地震耦合工况下的安全系数的计算。分析结果表明黄土边坡安全系数对水平地震荷载和坡度的变化更加敏感。降雨入渗条件下边坡的稳定性系数随降雨强度的增大先减小后缓慢增加。对归一化的曲线图进行分析可以发现,降雨量相同情况下水平地震荷载在0 g~0.3 g,坡度在15°~45°,拟静力法分析结果安全系数对坡度和地震的敏感性十分接近,且随坡度和水平地震荷载的变化趋势相同。     

压实度对植被土持水能力及基质吸力的影响

目前国内外对植被土的研究大都只考虑植物根系的加筋作用,而忽略了压实度这一重要因素。为了给边坡防护提供理论支持,按照张家口地区夏季最大降雨强度进行人工模拟降雨,对种植高羊茅的植被土进行不同压实度的降雨渗透试验,研究了压实度对植被土吸力维持及持水能力的影响,结果表明:①随着压实度的提高,高羊茅根系长度明显减小,但高羊茅在较高压实度土体中仍能够正常生长;②当土体压实度较高时,草根的存在占据了土壤孔隙体积,从而增强了土体持水能力,在压实度为80%和95%时,在一定的基质吸力条件下,植被土含水量高于裸露土的、雨水渗透率小于裸露土的;③影响渗透率的主要因素是压实度,随着压实度的提高渗透率明显降低,根系的存在对渗透率影响较小;④随着压实度的提高,草根对基质吸力的影响愈加明显,压实度为95%的植被土有较大的基质吸力维持能力,因此把高羊茅作为护坡植物时,为了使边坡土体在降雨过程中维持较高的基质吸力、增强浅层边坡稳定性,土体压实度应选择95%。     

室内模拟降雨强度对碎石土边坡稳定性的影响

边坡稳定性受降雨强度影响。通过对碎石土边坡进行室内人工降雨,研究在初始含水率不变、降雨历时相同时,不同降雨强度对边坡含水量的影响。结果表明:①降雨会引起碎石土含水量的增加,改变土体的基质吸力;②随着降雨历时的增加,含水量迅速趋于稳定;③降雨过程中,若使深层土体湿润,上层土壤含水量要达到一定值;④坡体入渗过程是自上而下发展变化的。