降雨条件下不同土质非饱和路基边坡响应特性

通过对我国西部2种典型非饱和路基边坡实施现场人工降雨的监测结果表明,随着各次降雨的依次进行,非饱和路基边坡初始含水量逐渐增大,入渗率逐渐减小;非饱和黄土路基边坡的初始含水量状态对应着一个临界降雨量,只有降雨量超过该临界值,边坡才有可能产生径流。降雨强度越大,从降雨开始到径流产生所需的间隔时间越短;非饱和黄土路基边坡的吸力值远大于非饱和土石混合土路基边坡。在试验条件下,压实黄土路基边坡的降雨入渗影响深度在0.3~0.6 m之间,而土石混合土路基边坡降雨入渗影响深度在2.4 m以上。     

关于非饱和膨胀土水体积变化系数计算的思考

非饱和膨胀土地基水分运动及其病害非常常见,水体积变化系数是计算非饱和土体水分迁移的重要参数,含水量和干密度是影响水体积变化系数的重要因素。在以往的研究中,对非饱和膨胀土的讨论非常少见。本文对水体积变化系数的计算过程和结果进行分析,得到了土体水体积变化系数随含水量、基质吸力和干密度变化的规律,并从微观结构变化的角度加以探讨,深入了对非饱和膨胀土的工程性质的认识。     

崩落法开采塌陷区上覆黄土层降雨入渗机理研究

以程潮铁矿东区为工程背景,东部塌陷区上覆黄土层为典型的非饱和土,基于非饱和土中水的基本运动方程建立了降雨一维入渗数学模型,并编制了计算程序;对不同条件下的入渗过程进行了详细分析,并研究了开采强度对降雨入渗时间的影响规律,计算得到了不同条件下雨水渗透通过整个黄土层所需的时间.结果表明:黄土层的雨水入渗与降雨强度和土体初始体积含水率等有密切的关系,其中土体初始体积含水率影响程度较大,初始体积含水率越大,雨水入渗速度越快;入渗时间随开采强度的增加呈指数增长,表明崩落开采对上覆黄土层的雨水入渗有显著的影响.研究成果可为降雨情况下井下水量的变化规律提供理论依据,并为井下泥石流灾害预测预报提供重要参考.     

某土质滑坡降雨条件下非饱和稳定性分析

暴雨是引起土质边坡失稳的主要因素,Fredlurid等提出的土的非饱和抗剪强度理论能够很好地描述雨水入渗过程中由于土体内部孔隙水压力的变化而引起土体抗剪强度的变化．现就某变电所外围滑坡的具体实例,利用非饱和渗流软件计算孔隙水压力的变化,根据非饱和抗剪强度理论对滑坡在降雨前后的安全系数变化进行分析,考察降雨前后土条底面孔隙水压力和含水量的变化,最后提出强降雨时该滑坡的加固方案．     

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.     

黄土路基边坡降雨响应的试验研究

为了研究降雨入渗对黄土路基边坡孔隙水压力（吸力）、含水量、变形等的影响,选取甘肃平-定高速公路上某段9 m高的填方路基边坡进行了4场人工降雨模拟试验并持续现场监测一个月。监测结果表明：人工降雨模拟引起浅层土体（1m以上）吸力明显下降和含水量增大,致使土体有效应力减小,抗剪强度降低;另外雨水冲刷引起坡面冲沟发育,导致雨水入渗增大和土体强度的进一步衰减。压实度最小的坡脚处降雨引起的湿陷变形最大。在持续降雨的条件下,湿陷变形的发展会导致坡底的沉陷,最后发展为滑坍破坏。从减少雨水入渗,减小土体的强度损失以及控制湿陷变形等方面综合考虑,提高黄土路基边坡的压实度对防止降雨导致的边坡失稳具有重要意义。     

非饱和重塑黄土土-水特征曲线与渗透系数模型预测

在分析土-水特征曲线及预测非饱和土渗透系数方法的基础上,以甘肃兰州重塑黄土为研究对象,采用非饱和土固结仪,测定初始饱和度相同、干密度不同的土样的土-水特征曲线,基于拟合效果较好的Fredlund&Xing三参数方程对试验数据进行拟合.以实测的土-水特征曲线为基础,采用Childs&Collis-Geroge预测非饱和渗透系数的模型,计算得到非饱和黄土渗透系数与基质吸力的关系,结果表明:渗透系数随吸力的增大呈非线性减小,两者的关系可用幂函数表示,这为黄土地区土体工程性质的研究和预测,如降雨入渗的边坡稳定性评价、非饱和地基湿陷变形计算等提供了理论支持.     

非饱和粘土路基平衡湿度空间分布特征及预估

通过室内外试验探讨了非饱和粘土路基平衡湿度沿道路横断面的空间分布特征,并基于非饱和土力学基本理论,采用滤纸法测定了不同含水量土样的基质吸力,标定了反映含水量与基质吸力单值函数关系的土水特征曲线模型,建立了大气降水/蒸发影响区以外非饱和粘土路基平衡湿度的预估方法.研究结果表明,近中央分隔带和路肩处的上部路基土的平衡湿度受大气降水/蒸发的影响显著;大气降水/蒸发影响区以外的路基土平衡湿度主要受控于地下水位的影响;Fredlund＆Xing模型可较好地表征非饱和粘性路基土湿度和基质吸力的相关关系,模型参数拟合结果具有较高的可靠性;地下水位控制区粘土路基平衡湿度预估结果与试验测试值之间具有较高的一致性,预估方法合理可靠.     

考虑降雨入渗影响的边坡稳定分析方法探讨

分析了残积土、膨胀土等边坡在降雨入渗情况下土体抗剪强度降低的主要原因 ,探讨了现有的考虑雨水入渗影响的边坡稳定分析方法 .运用非饱和土强度理论 ,提出非饱和土等效凝聚力新概念 ,从而可方便地使用常用的Bishop法等极限平衡法进行考虑雨水入渗影响的边坡稳定分析计算     

降雨入渗作用下土壤含水量时空变化研究

降雨通过土壤汇集雨水并储藏、滤渗可以补充地下水,减少径流污染,还可以减少洪涝隐患.通过实验和模拟计算的手段研究不同汇水入渗条件下的土壤含水量变化.在饱和—非饱和入渗理论基础上,建立土壤入渗方向上的一维非稳态降雨入渗模型并通过既有的恒流入渗土柱实验对所编写的计算程序进行验证.结果表明,理论模型较好地反映了降雨入渗的动态过程.     

黄土路基回弹模量湿度预估及修正系数确定

为了研究黄土路基湿度与强度的变化规律,调研了大量路基湿度预估模型,结合黄土地区气候环境特征,确定FredlundXing模型作为黄土地区路基湿度预估模型;选取了16种土样做物性参数试验,结合预估模型,得到了黄土路基平衡湿度范围质量含水率为16%~19%,体积含水率为29%~35%;现场实测霍候一级公路、宁夏桃同高速公路以及晋阳高速公路路基平衡湿度,实测值与预估值之差为-1.4%~1.7%;在此基础上,选取7种代表性土样做最佳含水率及平衡湿度情况下的动态回弹模量试验,推荐了山西省黄土路基湿度修正系数,晋北地区修正系数为0.4~0.5,晋南地区为0.5~0.6.     

冻结作用下非饱和黄土水分迁移试验研究

首先自制了冻结作用导致水分迁移的试验装置,采用未设置格栅试验装置得到了液态水和气态水混合迁移结果,采用设置格栅试验装置得到了阻断液态水迁移通道情况下水分迁移结果.试验结果表明,土样密度、含水量、时间对冻结作用导致的水分迁移进程均有影响.冻结过程冻结锋面的推进使冻结区域含水量明显增大,未冻结区域含水量明显减小,冻结锋面处含水量增加最大.相对于未冻结区域水分迁移进程,水分向冻结锋面的迁移是比较缓慢的.干密度较小土样冻结区域含水量增加值小于干密度较大土样,干密度大,冻结锋面处的含水量增量相对较少.初始含水量越大,冻结锋面土体含水量增加值越大,并形成冰层.随着时间增加,冻结锋面处的含水量增加,但后期含水量随时间的增加值明显小于前期,在冻结锋面冰层形成初期,未冻结区域水分向冻结锋面迁移量大,冰层形成以后水分迁移量小.当土样初始含水量比较小时,设置格栅阻断液态水通道对冻结作用导致的水分迁移进程影响不大,向冻结锋面迁移水量主要来源于气态水迁移.当土样初始含水量比较大时,和混合迁移试验结果相比较,设置格栅阻断液态水迁移通道后向冻结锋面迁移水量明显减小.     

等温过程路基土体水分迁移特征分析

以沈哈高速铁路沿线的粘质黄土为研究对象,在恒温状态下进行了开放系统水分迁移试验,试验结果表明：在试件中引起水分迁移最主要的因素是基质势和重力势;土体中各点的含水体积分数从试件底部开始到试件顶部逐渐减小;毛细上升高度与时间呈幂函数增加关系,最终趋向于一个稳定数值;水通量与时间呈对数函数递减关系。基于上述试验,应用有限元法进行数值模拟的结果表明：含水量计算值与试验值基本吻合,表明该模型可应用于模拟地下水在路基中的上升过程;在水分迁移的整个过程中,土中孔隙水压力由土柱底端向上逐渐减小;在水分迁移过程早期,土体内部孔隙水压力的变化比较明显且变化速率较快;随着时间的推移,在水分迁移过程后期土体内部孔隙水压力的分布变化不明显且变化速率较小,当渗流稳定时,孔隙水压力沿着试样高度呈线性分布。     

防渗对降雨引起的膨胀土路基渗流场的影响

采用有限元软件ABAQUS对由降雨引起的城市道路路基渗流场进行数值模拟。在降雨量一定的情况下,根据采用和不采用防渗措施时路基中饱和度和含水量的分布,分析降雨强度、土工膜防渗以及防渗深度对路基中水分分布及迁移的影响,并探讨土工膜防渗对控制城市道路膨胀土路基胀缩变形的意义。分析结果表明:降雨强度越低,雨水入渗引起的路基含水量变化量越大,沿路基横断面分布越不均匀;土工膜防渗以后,路基受降雨的影响明显下降,随着防渗深度的增加,降雨对路基中含水量分布的影响显著减小;防渗可控制降雨引起的膨胀土路基膨胀变形的发展。     

黄土地基水分入渗分析及增湿变形计算

黄土地基因渗漏水导致局部地基增湿从而引起的工程事故时有发生，但目前对渗水增湿过程及增湿变形尚难预测．首先对渗水量已知情况下的黄土地基渗水增湿过程进行理论分析，建立了二维湿陷性黄土地基线源入渗增湿计算模型，该模型揭示出黄土地基非饱和增湿过程，这与实际是相符的．入渗增湿计算得到黄土地基含水量变化后，进一步根据含水量确定模量，采用分层总和法计算黄土地基增湿前后的沉降量，前后的沉降量之差即为增湿变形，并经实例计算验证了该入渗增湿计算模型及增湿变形计算方法的合理性．     

水网密集区粘土路基当量回弹模量的预估分析

基于非饱和土基本理论,利用基质吸力及土水特征曲线的最新研究成果,对受地下水位控制的粘土路基的平衡湿度状态进行了预估分析;同时采用室内重复动三轴试验方法,建立了非饱和粘性路基土动回弹模量的双线性本构经验预估模型。将上述研究成果相结合,创建了综合考虑路基湿度和应力状态的路基当量回弹模量的预估方法,并结合实体工程建立了以地下水位、路基填筑高度为核心的路基当量回弹模量预估方程。通过与试验路上传统测试方法测试结果的对比分析,表明该评价方法具有准确、可靠特点。研究成果从平衡湿度和应力状态耦合控制的角度,对水网密集区粘土路基当量回弹模量的确定提供了新的视角和途径。     

东北粘质黄土有害毛细上升高度预测研究

以沈哈高速铁路沿线的粘质黄土为研究对象,在恒温状态下进行了开放系统水分迁移试验,试验结果表明:随着时间的推移,湿润锋面由底部逐渐向上迁移,含水量也由试件的底部向顶部逐渐减小,试验结束时土柱中的含水量基本表现出由底部向顶部逐渐减小的趋势.基于上述试验终态时刻土体体积含水量沿试样高度的分布,利用灰色理论预测模型GM(1,1)并结合室内冻胀敏感性试验资料确定出了东北粘质黄土的有害毛细上升高度约为1.12 m.在此基础之上,结合长春地区的最大冻深资料,计算出要保证粘质黄土不产生冻胀,其距离地下水位的最小高度约为2.92 m.