裂隙膨胀土边坡模型降雨变形破坏过程数值分析

为研究多裂隙膨胀土边坡在降雨浸水作用下变形及滑动破坏特征,对裂隙膨胀土边坡在降雨浸水条件下滑坡的离心模型试验进行计算对比分析;并利用放大裂隙侧向水压力法近似模拟膨胀力的作用,分析探讨在不同降雨历时和降雨强度下,不同的膨胀土边坡裂隙的分布位置和深度、膨胀力的大小等对边坡的变形破坏过程及稳定安全系数变化的影响规律。结果表明:膨胀土边坡的破坏由坡脚开始,随着降雨历时的增加逐渐向坡顶发展,最终表现出坡脚膨胀隆起、坡顶塌陷的破坏特征。同时,膨胀力是分析膨胀土边坡稳定性问题不可忽略的因素,不考虑膨胀力时往往会高估膨胀土边坡的稳定性;膨胀土边坡的安全系数受降雨强度、降雨历时影响较大;坡中存在裂隙的膨胀土边坡比坡顶存在裂隙的膨胀土边坡更危险。     

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。     

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。     

降雨条件下膨胀土裂隙边坡深层浅层滑坡渗透稳定性分析

为研究裂隙膨胀土在平均型降雨条件下的渗流特性以及稳定性的变化规律,利用Geo-slope软件建立了裂隙膨胀土有限元模型,对不同位置及不同深度的裂隙进行了模拟,得到了孔压以及安全系数的变化规律。结果表明:上部和中部裂隙土边坡孔压呈现明显的"分层"效应,下部裂隙土边坡孔压呈现线性增大的规律;下部浅层滑动面安全系数变幅大于上部浅层,深层滑动面安全系数变化不大;安全系数总体上呈现降雨时逐渐减小,停雨后逐渐增大的趋势,裂隙深度为2m时的边坡安全系数要大于裂隙深度为4m的工况。研究成果为裂隙膨胀土边坡的失稳机理的认识及安全防护提供了相应的参考。     

裂隙和土体软化效应双重影响下膨胀土边坡的稳定性分析

天然膨胀土经历长期干湿循环,反复胀缩使其具有多裂隙性和超固结性。在膨胀土边坡稳定分析中,应考虑上述性质的共同作用对边坡稳定性的影响。采用FLAC3D中的双线性应变硬化/软化遍布节理模型,对不同裂隙面位置和土体软化效应共同影响下的膨胀土边坡进行了稳定性分析。结果表明:裂隙面的存在会显著降低膨胀土边坡的稳定性。随着裂隙面与水平正向夹角的减小,边坡安全系数呈现出"增—减—增—减—增"的波形关系,峰值安全系数出现在20°和115°,谷值安全系数出现在80°和160°。考虑在裂隙面位置和土体软化效应的双重影响下,边坡稳定性会进一步降低,其中土体软化效应对边坡稳定性的影响要小于裂隙面的影响。反倾向小倾角的裂隙面一定程度上可提高边坡的整体稳定性,其与裂隙面的强度参数及土体的软化效应密切相关。     

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。     

降雨入渗对边坡浅层稳定性的影响

为研究降雨入渗对边坡浅层滑动面稳定性的影响,基于非饱和渗流理论,分析浅层滑动面在降雨期和停雨期的渗透系数和孔隙水压力,得出了边坡浅层滑动面稳定性的变化规律。结果表明降雨期间,坡脚处孔隙水压力增大至饱和,坡顶处孔隙水压力持续增大接近饱和,停雨后坡顶处孔隙水压力降幅大于坡脚处;降雨前期各滑动面稳定性均持续减小,降雨后期坡顶滑动面安全系数趋于收敛,但坡脚滑动面安全系数仍持续减小;停雨后浅层滑动面安全系数均增大,深层滑动面则呈波动状态。     

考虑裂隙分布及强度的膨胀土边坡稳定性分析

为完善现有膨胀土边坡稳定分析方法中概化处理土体结构,特别是裂隙面、软弱夹层等因素的局限,将边坡视为均质土层、裂隙充填薄层及张拉裂隙的组合,将现场勘测得到的典型控制性裂隙的空间信息(高程、倾角、厚度、长度)纳入模型,同时考虑裂隙面夹层的强度参数,建立膨胀土裂隙边坡地质模型。基于Slide程序中能够满足条块间作用力与力矩平衡,并且适合于折线滑动面的边坡稳定分析的Janbu、Spencer和Morgenstern方法,以南水北调中线工程典型滑坡为稳定性分析算例,分析含裂隙膨胀土边坡的稳定性及其特征。结果表明,边坡地质模型与真实边坡的吻合度越高,其稳定性亦越接近。在考虑了地表垂直裂隙、地下水及坡脚缓倾裂隙后,边坡的安全系数显著降低,并产生了由坡顶的垂直裂隙与从此裂隙底部开始发展、剪出口在坡脚的滑面组合而成的折线型滑动面,该滑动面型式与现场典型滑坡破坏特征基本一致。     

土钉支护边坡影响因素试验分析

为了分析土钉支护参数对边坡稳定性的影响,基于室内土工试验,建立了边坡坡角为60°的模型,试验研究了荷载作用下,土钉长度、土钉倾角、土钉数量、土钉位置等4种参数对边坡坡顶沉降、边坡滑坡模式的影响。结果表明:土钉在坡中位置时,随着土钉长度的增加,边坡的稳定性增加,但是当土钉在坡顶和坡脚位置时,土钉长度对边坡稳定性影响较小;随着土钉倾角的增大,边坡稳定性呈先增后降的趋势,土钉倾角为50°时边坡稳定性最好;土钉数量减少,边坡稳定性明显降低;土钉在边坡的位置对支护效果影响较大,当土钉处于坡中位置时,边坡极限承载力最大,沉降与荷载曲线呈线性关系,表现出“渐进性”破坏。通过计算分析发现,土钉处于坡中位置时边坡的安全系数最大,比较试验与数值模拟结果也证明了土钉在坡中位置对边坡的稳定性影响最大。     

两级均质土坡位移场对边坡形态的敏感度分析

运用Abaqus有限元软件求解边坡位移场对边坡形态敏感度的方法,求解分析了两级阶梯型均质土坡在坡顶受40 k Pa均布荷载作用下,土坡位移场对一、二级边坡坡度变化与平台高度、宽度变化敏感度的分布规律。结果表明:两级阶梯型均质土坡水平位移场与竖向位移场对二级边坡坡度最敏感位置分别位于二级边坡潜在滑移体下部与边坡坡顶后方附近;对一级边坡坡度较敏感位置分别位于边坡平台后方附近、一级边坡潜在滑坡体下部与一级边坡潜在滑移体顶部、边坡坡顶后方;对边坡平台高度较敏感位置分别位于一、二级边坡潜在滑移体下部与边坡平台下方、一级边坡坡面附近;对边坡平台宽度较敏感位置分别位于二级边坡潜在滑移体下部与边坡坡肩附近。归一化敏感度显示在4个边坡形态因素中,边坡平台高度对边坡位移场影响最大,一级边坡坡度对其影响最小。     

不同含水量下高填方顺层边坡土岩界面直剪试验研究

由于岩性上存在软硬突变,以及降雨下渗时地下水沿土岩界面向坡脚渗流,高填方顺层边坡的土岩界面常为边坡破坏的潜在滑动面。为了给边坡防护提供参考依据,利用不同含水量土样进行室内试验,探究土岩界面的剪切特性。结果表明,不同含水量的土岩界面在剪切过程中表现出不同程度的软化特征,正应力越大,界面应变软化越明显。     

锦屏一级水电站左岸边坡渗流计算及稳定性分析

基于锦屏一级左岸高边坡基本工程地质条件,深入研究了边坡岩体的渗透特性.结合雾化降雨试验资料,利用非饱和渗流有限元方法,计算并得出了边坡雾化雨条件下渗流场的变化规律:雾化雨将显著抬高边坡浅层地下水水位,在边坡平缓处和坡脚处会出现暂态饱和区;不考虑防排水措施时,坡脚最大水位升幅在135 m左右,暂态饱和区水平深度在20～40 m之间;边坡上部压力水头受影响的水平深度在80～100 m,深部渗流场几乎不受降雨入渗影响;坡面防水和坡体排水措施可有效抑制地表入渗引起的压力水头升高和暂态饱和区范围扩大.同时借鉴非饱和强度理论运用Sarma法分析了雾化雨对边坡稳定性的影响.降雨条件下浅部滑动模式稳定系数由1.223降至1.054;深部滑移模式则由1.455降至1.416.渗流及稳定性研究成果可供雾化区边坡渗控和锚固工程设计参考.     

降雨条件下某排土边坡的渗流场及稳定性时变分析

现阶段对排土边坡稳定性评价多以单因素等雨强为主,较难全面反映实际情况。针对此问题,以福建某排土边坡为例,通过Geo-studio软件对排土边坡进行不同雨强以及不同雨型条件下安全系数的时变分析,得出安全系数随时间变化曲线,并对排土坡稳定性产生较明显影响的雨强进行渗流场特性分析。时变分析结果表明,持续长时间的降雨会对边坡稳定性产生影响。降雨强度超过一定数值时,降雨的初始时刻安全系数下降速率主要取决于边坡自身渗透速率,在降雨中后期随着入渗速率的稳定,雨强又变成影响安全系数下降速率的主导因素。渗流特性分析结果表明,长时间的强降雨会引起坡脚处渗流方向的改变并在坡脚处出现溢出面,加上排土坡表层废石土较大渗透性的特点有可能形成管涌,应当引起重视。最后提出在废石土表层覆土压实以降低废石土的渗透性从而提高排土坡体稳定性的建议。更多还原     

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。     

渗流与应力耦合作用下裂隙岩体稳定性分析

利用离散元软件UDEC分析了不同水位下裂隙岩体边坡内的渗流情况及岩体边坡稳定性。结果表明,水头越高,渗流对边坡的影响范围和影响程度越大,在15 m水头时,边坡产生较大变形且发生失稳破坏。借助对边坡关键点的变形历时曲线和渗流计算结果,研究了边坡在渗流情况下的破坏模式:边坡整体产生沿坡脚处所在结构面的剪切滑动,边坡后缘处所在的结构面产生拉裂破坏,坡面中部岩块有向临空面坍塌的趋势。     

膨胀土边坡稳定性研究

阐述了近年来长江科学院在膨胀土边坡稳定性方面的研究成果。研究了南水北调中线工程膨胀土的裂隙形态及分布规律,在“大气影响深度”以上与以下区域膨胀土的裂隙形态存在差异,以下区域的裂隙具有明显的定向性;介绍了膨胀土的膨胀性,对于起始含水率一定的膨胀土,相同吸湿条件下的膨胀应变与平均应力在半对数坐标系下呈很好的线性关系;阐述了膨胀土的强度特性,提出了膨胀土强度试验新方法;研究分析了膨胀土边坡失稳机理,提出了膨胀土边坡的破坏模式及相应的稳定分析方法。研究成果表明：膨胀土边坡不仅存在重力作用下的整体稳定性,整体稳定性受裂隙面强度控制,而且在吸湿条件下会产生浅层失稳,浅层失稳的主要影响因素为土的膨胀变形;在膨胀土边坡的稳定分析中,膨胀土的强度,不需进行任何折减,直接采用强度试验值,稳定分析成果能正确地反映边坡的稳定状态。     

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。     

降雨和地震对高填方边坡稳定性的影响研究

以九寨黄龙机场为例,采用数值模拟手段,对高填方边坡,尤其是对含软弱土夹层的高填方边坡在天然状态、降雨状态、地震状态下的稳定性进行分析,从加速度响应、速度响应、位移响应等3个方面,评估高填方边坡的安全稳定性。结果表明,黄龙机场在天然状态下不稳定面的安全储备较低;在降雨条件下,雨水对坡体地下水的影响程度较小,但由于入渗沿着粉土上部与填筑体下部位置向坡体内部延伸,软化坡脚,降雨量为150 mm时,整体边坡处于欠稳定状态;在降雨及地震条件下,坡体处于不稳定状态。     

裂隙产状对膨胀土边坡稳定性的影响研究

裂隙性是膨胀土的重要特性之一,裂隙的长度、倾角等对膨胀土边坡的稳定性有着重要的影响。针对南水北调中线工程膨胀土典型渠道边坡的固有非膨胀裂隙,考虑裂隙强度、位置、倾角和长度等因素,利用极限平衡法计算和分析了膨胀土渠道边坡在不同裂隙产状下的边坡稳定性。结果表明,裂隙贯通率是影响边坡失稳形态及安全系数的重要因素,计算结果与现场观察相吻合,研究结论对南水北调中线工程膨胀土渠道边坡的设计具有指导意义。     

基于多场耦合的膨胀土边坡非饱和降雨入渗分析

膨胀土非饱和渗流的过程伴随着膨胀应变的产生。探明多场耦合作用下膨胀应变对膨胀土边坡非饱和降雨入渗的变化规律至关重要。基于有限差分渗流理论、降雨入渗模块的二次开发和膨胀应变的施加,采用C++和FISH语言编制程序,将膨胀应变引入非饱和土的流-固耦合模型,提出了一种综合考虑膨胀应变和应力应变的非饱和膨胀土多场耦合分析法,通过算例实现了降雨入渗条件下膨胀土边坡非饱和渗流的数值模拟,并探讨了膨胀应变对饱和度和暂态面积比的影响规律。研究表明,膨胀应变对膨胀土边坡非饱和降雨入渗的过程影响显著,其降雨入渗深度、湿润锋扩展速度和暂态饱和区时空分布受膨胀应变的控制,考虑膨胀应变时暂态面积比变化的雨后时间滞后性强于不考虑膨胀应变时。