膨胀土边坡渗流数值模拟及稳定性分析

采用有限元软件(Seep/W和Slope/W)开展一系列瞬态渗流和极限平衡分析,研究不同降雨强度与历时对膨胀土边坡渗流场的影响,分析降雨强度及历时、不同坡比和坡高等因素对边坡稳定性的影响,分析其浅层破坏的原因。结果表明:必须考虑风化裂隙导致浅表层土体渗透系数增大对膨胀土边坡渗流场的影响;降雨强度及历时对边坡土体孔隙水压力分布影响显著,相同降雨强度条件下,历时越长,影响深度越深、范围越大,孔隙水压力变化越大;相同历时条件下,持续降雨强度越小,影响深度越浅、范围越小,孔隙水压力变化越小;安全系数随降雨强度的增大,其下降速率越快,达到破坏所需的时间越短;边坡浅层达到饱和时,坡高及设置平台对边坡安全系数影响不大,均发生浅层破坏;安全系数随坡率的增大而增大,但对某些膨胀土边坡而言,采用放缓坡率的做法并不可取。     

考虑潜蚀影响的降雨入渗边坡稳定性分析

在降雨入渗作用下土坡内细颗粒会随渗流发生运移产生潜蚀作用。通过联立颗粒运移方程与非饱和土渗流方程,结合非饱和土水力特性方程和土体潜蚀本构关系,建立了渗流潜蚀耦合的边坡稳定性分析模型。采用有限元方法模拟了降雨入渗作用下潜蚀和入渗的相互作用,分析了初始饱和渗透系数、进气值参数对入渗和边坡稳定性的影响。结果表明：潜蚀主要发生在湿润锋范围内浅层土体,潜蚀加速了湿润锋下行速度,进一步降低边坡稳定性;饱和渗透系数、进气值是影响渗流潜蚀作用的主要因素;当降雨入渗强度大于饱和渗透系数时,饱和渗透系数越大,潜蚀对入渗和边坡稳定性的影响越显著;进气值越小,潜蚀作用对入渗和边坡稳定性的影响越显著。     

强降雨条件下考虑饱和渗透系数变异性的基岩型层状边坡可靠度分析

边坡土体因其自身的不均匀性及试验监测的不准确性,饱和渗透系数表现出一定的变异性。为探索强降雨条件下基岩型层状边坡的稳定性及失稳破坏概率,以笔者前期对基岩型层状边坡降雨入渗及其稳定性模型的研究为基础,结合Monte Carlo法,建立了考虑饱和渗透系数变异性的基岩型层状边坡稳定性可靠度计算模型,并基于MATLAB将这一计算过程程序化。最后,利用建立的基岩型层状边坡可靠度计算模型,得到了张家湾滑坡在不同饱和渗透系数变异系数及降雨强度下的失稳破坏概率,分析了饱和渗透系数变异系数及降雨强度对滑坡失稳破坏概率及安全系数均值的影响。计算结果表明在一定降雨条件下,当失稳破坏概率小于50%时,变异系数越大、滑坡发生失稳破坏的概率越大;当失稳破坏概率大于50%时,变异系数越小、滑坡发生失稳破坏的概率越大。     

降雨入渗条件下抗滑桩加固边坡稳定性分析

采用有限差分软件FLAC~(3D)内置FISH语言编制相关程序,将边坡非饱和区渗透系数和基质吸力随饱和度的变化关系嵌入到数值计算中,实现了降雨入渗条件下边坡非饱和渗流过程的模拟,结合基于Fredlund双应力状态变量理论的强度折减法,进一步实现了非饱和边坡的稳定性分析。基于某典型抗滑桩加固边坡算例建立数值计算模型,研究了降雨入渗对边坡孔隙水压力分布及边坡稳定性的影响,并对降雨强度、基质吸力及桩顶约束形式对边坡稳定性的影响进行了参数分析。研究结果表明:降雨入渗条件下,随降雨历时增加,湿润锋线不断向坡体内部推进,基质吸力明显减小,边坡安全系数显著降低;边坡安全系数随降雨强度增大而减小,当降雨强度超过土体饱和渗透系数后,边坡安全系数随降雨强度变化不大,并趋于稳定;基质吸力对边坡稳定影响显著,考虑基质吸力时边坡安全系数明显提高;在桩顶设置预应力锚索可使桩身位移明显减小,边坡安全系数提高。     

不同气候条件下红黏土边坡稳定性分析

以红黏土边坡为研究对象,通过GeoStudio软件中的VADOSE/W和SEEP/W模块对其在不同气候条件作用下的渗流和边坡稳定性进行了计算。分析了不同降雨强度、不同蒸发强度、不同持时及循环作用对边坡稳定性的影响。结果表明,降雨、蒸发均是影响边坡稳定性的重要因素。当降雨强度小于土体渗透系数时,边坡安全系数随着降雨强度的增大而减小;边坡安全系数随着土体蒸发量的增大而增大;当边坡经干湿循环作用后,其安全系数呈现出降低的趋势。     

降雨强度对边坡稳定性影响的数值模拟研究

影响边坡稳定性的因素很多,利用数值模拟分析方法研究了降雨历时、降雨强度对边坡稳定性的影响.模拟结果表明,在相同坡角、相同降雨时间时,降雨强度越大,安全系数下降越快,土中孔隙水压力变化越快,土体位移变化越大,边坡稳定性降低越快;降雨强度大的边坡滑动要先于降雨强度小的边坡,降雨强度越大土体越先达到稳定状态,降雨强度大的边坡的入渗深度总是大于降雨强度小的边坡的入渗深度,降雨强度大的边坡安全系数始终低于降雨强度小的边坡的安全系数.     

考虑多参数空间变异性的降雨入渗边坡失稳机理及可靠度分析

降雨入渗边坡稳定可靠度研究大多只考虑了土体饱和渗透系数空间变异性的影响,而忽略了土体抗剪强度参数空间变异性的影响。以无限长边坡模型为例,发展了可确定不同降雨历时边坡土体含水率分布和湿润锋深度的修正Green-Ampt入渗模型,探讨了土体多参数(饱和渗透系数和抗剪强度参数)空间变异性与降雨入渗相互作用下的边坡失稳机理,进而比较了不同降雨历时下的边坡失效概率。结果表明:考虑土体饱和渗透系数变异性时,降雨初期较小的饱和渗透系数变异系数对应较小的边坡失效概率,但随着降雨历时的增加,较小的饱和渗透系数变异系数反而对应更大的边坡失效概率。此外,降雨初期土体抗剪强度参数空间变异性引起的滑动面位置不确定性是影响边坡稳定性的关键因素。边坡除了会沿湿润锋附近和不透水层处失稳,还可能沿因抗剪强度参数空间变异性引起的软弱带处失稳,故考虑抗剪强度参数空间变异性对应的边坡失效概率更大。相比之下,降雨后期湿润锋的推进是影响边坡稳定性的关键因素,此时不管是否考虑了抗剪强度参数空间变异性边坡都主要沿湿润锋附近失稳,获得的边坡失效概率相近。     

降雨强度对非饱和土质边坡影响的研究

为研究降雨强度对非饱和土质边坡的影响,基于广州市某地铁车辆段土质边坡为背景,分析了不同降雨强度下边坡滑面位置、孔隙水压力、安全系数的变化规律。结果表明,随着降雨强度的增大,滑面位置变浅、孔隙水压力增大、安全系数减少,边坡支护设计时应考虑降雨强度的影响。     

强降雨下元磨公路典型工程边坡稳定性研究

根据饱和非饱和降雨入渗有限元模拟技术和非饱和土强度理论,研究考虑非饱和区强度变化及饱和区渗透力影响的降雨过程边坡稳定性强度折减分析法.将此方法应用于元磨公路K261段典型滑坡体工程边坡,进行降雨过程边坡变形情况及稳定性变化分析.分析结果表明:在强降雨条件下,地表水入渗将直接导致非饱和区范围缩小、压力水头升高及局部暂态饱和区出现;考虑非饱和区强度变化及饱和区渗透力影响,降雨入渗时边坡稳定性将明显下降;现实施的抗滑桩、预应力锚索等加固结构对提高工程边坡稳定性有重要作用,但目前边坡稳定程度仍处于较低的安全裕度状态;连续降雨同时存在地震的极端条件,边坡可能再次失稳滑移.加强坡面防渗坡体排水对提高边坡稳定性具有重要作用.为确保工程边坡长期稳定,建议在6级工程边坡平台位置局部增设预应力锚索抗滑桩.     

不同前期降雨与土–水特征曲线对边坡稳定的影响

以一均质边坡模型为例,研究了在土–水特征曲线(SWCC)中当土体饱和渗透系数保持不变,而其它参数变化情况下,不同前期降雨类型对边坡稳定的影响。结果表明:边坡稳定受土–水特征曲线参数不同程度的影响,其中进气值a对边坡稳定的影响最大,n值的影响相对较小。在不考虑主降雨情况下,当a值较小时,前期降雨主要引起边坡表层孔隙水压力的变化,对边坡安全系数影响并不大;当a值较大时,前期降雨的影响范围增大,甚至使地下水位抬升,对边坡安全系数影响较大,且后锋型前期降雨影响最大。考虑有主降雨情况下,当a值较小时,前期降雨类型对主降雨阶段边坡稳定几乎没有影响;当a值较大时,前期降雨类型将导致主降雨开始时刻孔隙水压力分布差异很大,进而导致主降雨阶段边坡最小安全系数差别很大;n值越大,边坡孔隙水压力受到的影响越大,从而导致主降雨阶段边坡最小安全系数也更小。