GeoStudio软件在土坡饱和—非饱和渗流分析中的应用

在对饱和-非饱和渗流数学模型简要分析的基础上,对影响渗流有限元计算分析结果的一些参数选取方法进行讨论,如非饱和土的水土特征曲线、渗透系数及毛细水头等.利用GeoStudio软件对降雨条件下的土质边坡内部渗流场进行模拟,分析地下水位线、坡体饱和度、压力水头随降雨时间的变化规律.模拟结果与实际情况比较吻合,可为土质边坡稳定性的分析提供参考依据.     

膨胀土路堑边坡降雨入渗稳定性分析

膨胀土遇水发生软化,导致土体强度降低,降雨入渗对膨胀土路堑边坡影响较大。依据岩土饱和/非饱和渗流理论,利用有限元数值模拟分析软件,通过降雨入渗模型分析,建立膨胀土路堑边坡饱和/非饱和降雨入渗模型,模拟了降雨过程中边坡地下水含水率、压力水头变化规律,分析研究降雨入渗对路堑边坡渗流场及稳定性的影响规律。结果表明:降雨入渗对膨胀土边坡渗透影响仅发生在浅部区域,坡面低渗透性影响雨水入渗效果,裂隙性坡面则入渗稍快;对于低透水性、高基质吸力,短期降雨不至于导致边坡大面积滑塌破坏,边坡滑面只出现在表层,表现为浅层滑动,对深部土体影响不大。为以后膨胀土路堑边坡施工与防护提供一定的理论依据和数据参考。     

公路边坡降雨入渗的数值模拟

根据岩土饱和-非饱和渗流理论,通过降雨入渗模型及其有限元分析方法,结合工程实例,在强降雨条件下数值模拟了公路边坡地下水渗流场动态,得到了降雨过程中边坡地下水压力水头、总水头变化、流速的变化规律,对有关的边坡稳定性分析提供了参考数据.     

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.     

抗滑桩加固边坡降雨条件下的稳定性

采用ABAQUS建立边坡降雨计算模型,用非饱和渗流有限元法结合折减强度进行模拟。对边坡降雨过程中雨水渗入特点及抗滑桩加固边坡布桩位置对稳定性的影响进行了分析。结果表明,考虑降雨渗入作用时坡脚处稳定性差,布桩时应将抗滑桩布置在坡中与坡脚之间。该研究可为多雨地区抗滑桩加固边坡提供参考。     

无限长均质斜坡降雨入渗解析解

降雨是导致边坡失稳的最主要的环境因素,研究降雨入渗对边坡稳定性的影响,关键和难点是计算降雨入渗在边坡土体中引起的渗流场。采用Fourier积分变换分别对降雨强度小于和大于土体饱和渗透系数情况下的斜坡入渗解析解进行了推导,并给出了这两种情况下斜坡入渗解析解的统一表达式。该解不仅能反映非饱和土特性及斜坡的影响,还能反映当降雨强度大于土体饱和渗透系数时,坡面边界由流量边界转化为水头边界的动态变化过程,便于更全面地对降雨情况下斜坡的入渗规律进行研究。通过与有限元软件的计算结果进行对比,证明该解是稳定可靠的,且其形式简单,计算效率高;该解可精确计算坡面积水时间及任意时间点及空间点的孔隙水压力值,并用于评估降雨入渗对非饱和土斜坡稳定性的影响。     

基于ABAQUS非饱和膨胀土边坡降雨入渗分析

降雨是诱发边坡失稳的主要原因之一,研究降雨引发滑坡机理分析具有重大现实意义。文章基于ABAQUS有限元软件模拟非饱和土边坡降雨入渗分析,结合滤纸法试验推导出适用于贵州省某区域非饱和膨胀土的土水特征曲线拟合公式;结合流固耦合理论和强度折减理论探究了降雨入渗下非饱和土边坡渗流场、位移场及稳定性的变化规律。结果表明:非饱和土基质吸力与含水率呈负相关;降雨入渗过程边坡地下水位差异抬升产生水平渗流力作用以及土体吸力减小强度降低是引发边坡失稳的主要原因。     

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。     

裂隙边坡降雨入渗及稳定性分析

为探讨降雨条件下裂隙边坡的渗流及稳定性,选取典型斜坡体的概化模型为研究对象,基于岩土体饱和-非饱和渗流理论,模拟不同裂隙深度和降雨时效下边坡土体孔隙水压力分布及稳定性变化。研究结果表明,坡体裂隙的存在导致雨水迅速入渗,改变了坡体水流的入渗过程和路径;裂隙周围土体孔隙水压力急剧增加,土体有效应力减小,导致土体强度降低;不同深度的裂隙边坡在相同降雨强度下,裂隙越深,边坡稳定性系数下降越快,即越易失稳。     

交河故城土遗址边坡降雨非饱和入渗分析

降雨非饱和入渗是诱发边坡失稳滑动的主要原因之一。本文基于饱和-非饱和降雨入渗理论,建立饱和-非饱和降雨入渗模型,并进一步建立了其数值计算模型,发展了相应的数值模拟技术。在前人工作的基础上,编制完善了饱和-非饱和降雨入渗有限元计算程序。选取新疆交河故城土遗址一典型边坡,详细分析了一个较为完整降雨入渗过程中边坡内部渗流场的分布特征;结果表明:所建立的饱和-非饱和降雨入渗模型较好的描述了降雨过程中边坡内部的渗流场分布,为进一步分析边坡在降雨非饱和入渗条件下的稳定性提供了支持。     

考虑渗透力的基坑水土压力计算

渗流不但决定了基坑支护结构上的水压力 ,而且所产生的渗透力也影响其上的土压力 ,以往对此认识不足。通过算例 ,对不同渗流工况下用不同计算方法进行比较分析。发现对于二维渗流情况 ,用朗肯土压力埋论计算不合理 ,与用库仑理论计算结果有较大差别 ;有上层滞水产生的水土压力不同于一般静水情况 ;当在基坑外采用真空井点降水时 ,会明显降低荷载 (主动土压力 ) ,增加抗力 (被动土压力 ) ,与在坑内排水比较 ,有助于基坑的稳定。     

华南典型巨厚层红层软岩边坡降雨失稳的模型试验研究

 针对华南巨厚层红层软岩边坡在强降雨条件下极易致灾的问题,采用相似理论,通过制备可表征软岩遇水软化特性的相似材料,构建巨厚层红层软岩边坡相似模型,研究其在中小雨(雨强Id＜25 mm)、大雨(25 mm≤Id＜ 50 mm)、暴雨(50 mm≤Id＜100 mm)等降雨模式下的灾变过程和规律。结果表明：(1) 该类型边坡的变形破坏受降雨模式的影响较大,大雨和暴雨等强降雨条件下边坡岩体逐渐崩解软化,在坡脚处首先达到饱和,产生初始裂缝,在重力及渗透力作用下,裂缝进一步扩展贯通,产生局部破坏,这样,坡脚之上的部分失去支撑,导致整个坡体产生牵引式滑坡。(2) 降雨入渗主要分为无压渗流、有压渗流与饱和渗流3个阶段,边坡表面裂缝主要出现在无压渗流阶段并在有压渗流阶段逐渐扩展贯通、在饱和渗流阶段发生破坏;降雨过程中超孔隙水压力的累积和消散改变了边坡有效应力场的分布,从而引起其位移。(3) 临滑阶段,有效应力和孔隙水压力比位移、位移变化速率等参数对边坡的破坏响应更敏感,因此提出基于应力监测的边坡灾变过程安全预警新思路。     

非饱和非稳定渗流作用下边坡稳定的有限元塑性极限分析下限法

常规的土坡稳定性分析方法主要是基于饱和土理论和稳定渗流情况,难以反映降雨作用和水位骤降对边坡稳定的影响,而实际上相当一部分坡体失稳是由于非饱和非稳定渗流引起的。基于Bishop提出的非饱和土有效应力原理以及Fredlund双应力强度理论,将任意时刻的水压力当做体积力考虑到平衡方程中,用基于有效应力的方式建立满足平衡条件、间断条件、应力边界条件以及屈服条件下考虑非饱和非稳定渗流作用的下限法非线性规划模型,并且编制了相应的程序。通过对降雨入渗和库水骤降的边坡数值算例的分析,验证了所提方法的正确性,对非饱和非稳定渗流作用下土坡失稳的规律有了进一步的认识。     

长江三峡库区黄腊石边坡地下水作用规律与动态稳定性评价

以黄腊石滑坡为例，针对地下水在边坡失稳过程中的关键作用，定量研究地下水渗透力对滑坡稳定性的影响。采用更接近于实际地下水位的渗透力计算方法，计算了黄腊石边坡地下水渗流场在地下水位变化时的水头分布情况；并对渗透力进行了计算，从而定量地分析了地下水对滑坡的作用，发现渗透力的峰值分布在应力集中的前缘段。在此基础上，在剩余推力法中引入渗透力的算法，根据地下水的月平均观测水位，得出考虑渗透力和未考虑渗透力情况下稳定性系数与时间的关系。发现考虑渗透力的情况下黄腊石边坡稳定性系数有随时间逐渐减小的趋势，最大降幅可达0．2020，且出现在地下水位迅速降落之时。这说明地下水位突降时，其引起的渗透压力最大，且渗透力对黄腊石边坡稳定性的降低作用随时间有增大的趋势。根据地下水的作用机理和渗透力分布的计算分析结果，结合该边坡的实际情况对黄腊石边坡的防治提出了相应的建议。     

库水位快速变动条件下心墙坝上游坝壳自由水面线变化规律研究

为了计算渗水压力对心墙坝上游坝坡稳定性的影响,须掌握库水位降落时上游坝壳中自由水面的变化规律。本文利用模型试验模拟了上游坝坡坡比、库水位不同降落速率、坝壳料不同渗透系数对自由水面位置变化的影响,并把模型试验结果与有限元计算结果、经验公式法计算结果相比较。从试验结果及有限元计算结果可知,库水位降落速度越快,自由水面线位置越高,最高点高度越大。坝壳坡度越陡,自由水面的位置越低。坝壳料渗透系数达2.45×10-1 cm/s时,有限元计算分析结果比模型试验得到的自由水面最高点稍高,经验公式法得到的计算结果最小。     

露天煤矿边坡岩体渗流特性及水压控制方案的研究

本文从裂隙岩体渗流理论出发,以某露天煤矿边坡岩体现场节理裂隙调查及水压动态资料为基础,建立边坡岩体渗流模型,分析评价水压动态与疏干工程施工过程及边坡稳定性的关系,并提出了有实际意义的水压控制方案。     

Stability Analysis of Slope with Water Flow by Strength Reduction Method

Rainfall is one of the most critical factors with regard to slope instability. In this paper, the effect of seepage flow on slope stability is investigated by means of a strength reduction method. It is demonstrated that the factor of safety (FOS) for a sandy soil slope is influenced by seepage flow more than other types of soil. If the pore pressure is generated by the use of a piezometric line, the FOS is smaller than that generated by seepage flow analysis. The difference is small for clayey soil slopes but is larger and more noticeable for sandy soil slopes. The analysis also shows that the installation of retaining walls to increase the length of the seepage path is effective to prevent slope failure induced by seepage flow. The effects of water flow on soil nailed slopes, locally loaded slopes and pile reinforced slopes are also investigated in this study. The present study also shows that the effect of densely populated soil nail on the seepage flow can be neglected for practical purposes.     

蒙特卡洛法在边坡稳定性分析中的应用

采用蒙特卡洛数值模拟法,用MATLAB编制了边坡工程可靠度求解程序,对小龙潭露天煤矿开挖边坡,进行了无渗流60°边坡角和有渗流30°边坡角的可靠性分析,计算结果表明,渗流水的存在对边坡的稳定起重要作用。     

Centrifuge model study on low permeable slope reinforced by hybrid geosynthetics

The objective of this paper is to study the performance of hybrid geosynthetic reinforced slopes, with permeable geosynthetic as one of its components, for low permeable backfill slopes subjected to seepage. Four centrifuge tests have been performed to study the behavior of hybrid geosynthetic reinforced slopes subjected to seepage, keeping the model slope height and vertical spacing of geosynthetic reinforcement layers constant. Centrifuge model tests were performed on 2V:1H slopes at 30 gravities. One unreinforced, one model geogrid reinforced and two hybrid geosynthetic reinforced slope models with varying number of hybrid geosynthetic layers were tested. The effect of raising ground water table was simulated by using a seepage flow simulator during the flight. Surface movements and pore water pressure profiles for the slope models were monitored using displacement transducers and pore pressure transducers during centrifuge tests. Markers glued on to geosynthetic layers were digitized to arrive at displacement vectors at the onset of raising ground water table. Further, strain distribution along the geosynthetic reinforcement layers and reinforcement peak strain distribution have been determined using digital image analysis technique. The discharge for the performed model tests is determined by performing seepage analysis. It was confirmed by the centrifuge tests that the hybrid geosynthetics increases the stability of low permeable slope subjected to water table rise. The hybrid geosynthetic layers in the bottom half of the slope height play a major role in the dissipation of pore water pressure.