饱和渗透系数空间变异性对边坡稳定性的影响

基于随机场理论和非饱和渗流理论,通过对某一假想边坡在降雨条件下进行非饱和渗流分析和边坡稳定性分析,研究了在不同降雨强度下土体饱和渗透系数的空间变异性对边坡稳定性的影响.分析结果表明,随着降雨强度的增加,边坡稳定性降低,临界降雨强度与饱和渗透系数有关.饱和渗透系数的竖向波动尺度对边坡稳定性影响较大,目前采用确定性分析方法对渗流过程模拟存在风险.     

节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析

在总结已有的饱和非饱和渗流模型的基础上,把裂隙岩体看作是离散网络模型,分析研究了含节理裂隙岩体的非饱和渗流特性,建立了裂隙网络饱和非饱和渗流模型,并推导了控制方程.对节理裂隙岩体中外力对裂隙渗流的影响进行了分析研究,提出了渗流场-应力场耦合的分析模型,推导出三维应力与裂隙水压力共同作用下一组平行裂隙组的渗流应力耦合关系式.     

基于COMSOL Multiphysics的渗流有限元分析

复杂渗流场的自由面求解、饱和-非饱和渗流场分析以及考虑渗流作用的多场耦合分析等问题是目前水利水电工程计算中的难点和热点.由于这些问题具有较强的非线性,数值模拟难度较大.对COMSOL Multiphysics软件进行了初步的开发和应用,基于Darcy方程、Richards方程等基本微分方程,或者建立自定义偏微分方程模型,进行了渗流分析的数值模拟.对自由面求解问题采用了一种新思路,研究了非饱和渗流计算参数的处理技术,探讨了多物理场耦合分析方法,并通过若干算例,验证了技术路线的合理性和可行性.借助COMSOL对重力坝断面二维渗流场及复杂岩基三维渗流场进行了数值分析,计算成果合理.实现了渗流场与应力场、温度场三场(THM)的全耦合分析,为进一步探索温度-渗流-应力-化学(THMC)全耦合模型的计算奠定了基础.     

节理裂隙岩体渗流与应力耦合分析

在总结已有的饱和非饱和渗流模型的基础上，把裂隙岩体看作是离散网络模型，分析研究了含节理裂隙岩体的非饱和渗流特性，建立了裂隙网络饱和非饱和渗流模型，并推导了控制方程．对节理裂隙岩体中外力对裂隙渗流的影响进行了分析研究，提出了渗流场—应力场耦合的分析模型，推导出三维应力与裂隙水压力共同作用下一组平行裂隙组的渗流应力耦合关系式。     

排水措施对巨型滑坡稳定性的影响研究

采用GEO-SLOPE软件中的渗流模块,模拟了贵州锦屏高速公路一巨型古滑坡设置盲洞后的渗流场,根据设置渗水盲洞前后的水位变化,用稳定性分析模块比较排水前后滑坡体稳定的相关参数,得出排水有利于滑坡体稳定的结论。     

边坡降雨入渗的饱和-非饱和有限元数值分析

针对降雨入渗时边坡的稳定问题,运用饱和-非饱和渗流有限元法模拟降雨条件下土质边坡渗流场的变化情况。研究了降雨入渗情况下边坡内非饱和渗流场的变化以及渗流场的变化对边坡失稳的影响机理,结合工程边坡算例,进行了边坡内渗流场的数值模拟,得出了有意义的结论。     

石榴树包水库型滑坡三维有限元分析

对三峡库区水库型滑坡——石榴树包滑坡建立三维有限元计算模型,计算水库水位涨落引起的滑坡体渗流场变化对滑坡位移场的影响.根据计算所得的结果和对石榴树包滑坡在不同库水位作用下的位移场的比较分析,得出坡体在库水位变化下位移场的变化规律和对坡体稳定性变化的关系,从而为水库型滑坡的监测布点提供参考.     

初始渗流场对渣土场边坡降雨入渗特征及其稳定性的影响

渣土场是容纳弃土和弃渣的主要场所,由于堆填材料和压实方法的差异性,研究初始渗流场对计算渣土场边坡的降雨入渗特征及其稳定性的影响具有现实意义。以深圳市部九窝渣土场边坡为研究对象,运用非饱和渗流原理和非饱和土强度理论建立数值计算模型,设计了不同初始渗流条件和不同降雨强度的计算方案,揭示了渣土场边坡在降雨作用下的渗流特征及其安全系数变化规律。结果表明：初始渗流场和降雨强度对渣土场边坡的降雨入渗特征和稳定性影响显著;竖直方向流速峰值和孔隙水压力上升速率与初始基质吸力呈正相关关系;当降雨强度为3.5 mm/h,监测点1在初始基质吸力为-25、-50、-75 kPa时达到饱和的时间分别为10.9、20.2、25.5 h;竖直方向流速、体积含水率上升速度和孔隙水压力上升速率与降雨强度呈正相关关系;在初始基质吸力为-25 kPa和降雨强度为3.5 mm/h时,渣土场边坡安全系数下降明显,需要采取必要的工程措施。     

降雨条件下非饱和土边坡流固耦合数值模拟

在传统的应力平衡方程基础上,结合岩土介质饱和-非饱和渗流理论,考虑边坡岩土体的非饱和性及渗透系数的非线性特征,建立了渗流场-应力场耦合方程,并将其时间、空间离散后得到增量形式的有限元方程组.结合数值算例,对降雨条件下非饱和土质边坡进行了流固耦合分析.研究结果可为降雨条件下边坡稳定性分析和滑坡预测提供技术支持.     

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.     

基于非饱和大孔隙流双重介质模型的浸水边坡水力响应数值模拟

受地形限制,大量公路、铁路等常出现沿库与沿河线,水位变化是引起库岸滑坡的重要因素。目前边坡渗流研究多集中在非饱和均匀流,对大孔隙边坡非平衡流方面研究仍显滞后。为此,以福建省某一典型库区边坡为例,对比了水位上升时考虑非饱和渗流和非饱和大孔隙流时边坡水分场和稳定系数随时间的变化规律,并分析了水位上升速率（v）、大孔隙域水力传导系数（Ksf）、两域交界处水力传导系数（Ksa）、土粒中心至大孔隙边界距离（a）、大孔隙体积占比（wf）等对大孔隙边坡稳定系数的影响规律及权重。研究结果表明：水位上升中,非饱和渗流下边坡内部基质域含水率明显小于非饱和大孔隙渗流下边坡内部基质域含水率。非饱和渗流条件下边坡浅层向内的水力坡度明显大于非饱和大孔隙流边坡且大孔隙边坡中相同位置基质域含水率远大于大孔隙域（最大达18.9倍）。两种渗流工况下,边坡稳定系数随水位上升均呈现先减小后增大的趋势,并于同一水位（在最高蓄水位高程的一半附近）同时达到最小值。相同渗流工况下,且考虑非饱和大孔隙渗流边坡比考虑非饱和渗流边坡稳定系数更小。增加v、Ksf、a、wf或减少Ksa,坡内两域间水分交换减弱,水分将快速运移至坡体深处,引起地下水位上升,促使边坡稳定性最大降幅达17.7％。v、Ksf和wf对边坡稳定影响占权重较大且相当,Ksa和a所占权重较小且约为前者一半。     

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。     

基于非饱和渗流理论的土石坝渗流分析

针对考虑土壤非饱和区且设有排渗系统对水库渗流影响研究不足的问题,结合工程实际,采用非饱和渗流分析方法,对设有集水廊道的土石坝渗流进行研究。结果表明:土壤非饱和区的存在导致大坝单宽流量增大,浸润线抬升;考虑非饱和渗流的影响研究渗流问题更符合工程实际情况,弥补了饱和渗流研究存在的不足,丰富了已有的渗流研究成果;此外,采用设置集水廊道的排水措施能够有效地降低坝内和下游河床浸润线,减少下游浸没区范围,有利于大坝整体抗滑稳定和后期安全运行。     

降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响

研究降雨入渗对边坡稳定性的影响规律。采用有限元法进行非饱和土边坡的二维非稳态渗流计算,考虑基质吸作用利用极限平衡法进行非饱和土边坡稳定安全系数计算,进而通过算例计算,分析了降雨过程中及降雨之后,边坡内孔隙水压分布、潜在滑裂面位置以及边坡稳定安全系数的变化情况。着重分析了降雨强度和降雨持续时间的影响,并特别注意分析降雨结束后的边坡稳定性。算例表明某些情况下边坡安全系数最小值出现在降雨之后的数小时或数天,而非降雨的过程中或降雨刚刚结束之时。     

短时冻区冰雪消融对残积土坡非平衡渗流与稳定性作用机理分析

为揭示短时冻区冰雪消融对残积土坡非平衡渗流与稳定性作用机理,分别基于非饱和渗流模型与非平衡流模型,分析福建省冰雪消融诱发某一边坡的失稳原因,并研究不同大孔隙直径、间距、弯曲率及长度对考虑非平衡流的边坡水分场与安全系数的影响规律。结果表明：非平衡渗流相比于非饱和渗流对于边坡稳定性的影响明显更大,采用非平衡流理论可合理解释冰雪消融条件诱发残积土边坡失稳机理;增大大孔隙直径可增大大孔隙域与周围基质域的水分交换量,减缓水流的优先传导作用并使孔隙水压力增长,从而使边坡稳定性降低;增加大孔隙长度,延长了水分的传导路径,削弱大孔隙域内水分的积累效果,对于边坡安全系数有一定影响;增加大孔隙弯曲率对于基质域含水率及边坡安全系数影响很小,可忽略不计。边坡安全系数与大孔隙间距之间存在安全系数最小的临界间距,间距过大导致大孔隙群的优先流效应无法发挥;间距过小导致大孔隙间非平衡流相互叠加与干扰,削弱大孔隙对于深处孔隙水压力的影响。因此,对于短时冻区冰雪消融诱发含大孔隙边坡的失稳问题,应考虑非平衡流的影响,尤其是大孔隙间距与长度的影响。     

深层排水孔堵塞对富水岩质高边坡稳定性的影响

高边坡施工或运营期间常因多种因素作用导致排水孔堵塞,从而抬升地下水位,影响边坡稳定性和支护结构的安全。基于渗流折射定律,采用空气单元法模拟排水孔,开展了岩质高边坡渗流应力耦合分析,重点研究了排水孔不同堵塞工况下的坡后地下水位变化及支护结构力学响应。计算结果表明：排水孔堵塞对坡后地下水位影响显著,坡内位移整体变化不大,坡趾位置岩体变形最大;坡体锚杆轴力明显增加,最大增长幅度达到45%。对于布设深层排水孔的岩质高边坡,排水孔堵塞后边坡支护结构的位移变化明显,对支护结构的影响不容忽视,尤其体现在坡趾剪出口位置。此外,排水孔接近完全堵塞时,边坡安全系数显著降低。提出了以框架式格构和锚杆共同作为支护体系的高边坡处理措施,即下部边坡加强格构支护强度,上部边坡增加锚杆锚固长度。     

Stability Analysing of Unsaturated Soil Slope

1　IntrductionSoil slope is very common in engineering appli-cation,so its stability is a very important problemthat is considered by engineer and technician. In thepast,the influence of matric suction on the wholeslope stability was ignored because of the restrictedtechnology.But the slope is very easy to lose itsstability when its underground water table is shal-low during raining. Its reason was notexplained bypast theory. The matric suction can be ignoredwhen underground water table is ve…