矿山边坡水土流失过程室内模型试验

为了研究降雨入渗对矿山边坡孔隙水压力、含水量、边坡坡面形态变化的影响,以焦作市某矿山边坡的水土流失问题为例,通过人工降雨实验研究了不同压实度、坡度和降雨强度对矿山边坡水土流失的影响。通过实验进行了研究区水土流失过程模拟,结果表明:人工降雨引起浅层土体孔隙水压力和含水量增大,致使土体有效应力减小,抗剪强度降低;随着降雨的进行,水分逐渐向坡体入渗,土体含水率增大,边坡稳定性变差;雨水冲刷引起坡面冲沟发育,坡脚最先发生破坏,含水率和孔隙水压力突变;降雨强度对边坡稳定性有重要影响,坡度变化的影响不显著。     

考虑降雨入渗的边坡稳定性分析

采用极限平衡分析法,建立了能考虑降雨入渗的饱和—非饱和边坡稳定性分析方法,对降雨条件下边坡稳定性变化规律进行了分析,计算结果表明,抗剪强度参数、边坡初始状态都对边坡稳定性具有明显影响,降雨造成的孔隙水压力变化比自重增大对边坡稳定性的影响更大.     

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。     

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。     

强降雨对边坡稳定性的影响分析

针对黄土边坡在降雨条件下的稳定状态变化,分别以边坡比、降雨强度和降雨持时为变量构建了200个降雨模型。基于Fredlund理论结合有限元数值模拟软件和土力学方法,分析在24 h内不同坡度边坡的体积含水率和孔隙水压力随雨强和降雨时间的变化而产生的变化,并通过极限平衡理论求得由于雨强和坡度变化后的边坡稳定性系数。结果表明:不同雨强下边坡达到失稳状态的降雨时间不同;在边坡坡度不同的情况下,随着雨强的增大其相对应的稳定性系数会逐渐减小;随着降雨历时的增加,坡肩和坡脚的体积含水率等值线和孔隙水压力等值线最为密集。     

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.     

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。     

降雨对南京方山边坡稳定性的影响分析

以方山彩蝶谷滑坡为例,研究降雨对南京方山边坡稳定性的影响。基于滑坡体的工程地质特征,确定彩蝶谷滑坡是典型的降雨型滑坡。结合南京地区实际降雨情况,选取历史降雨数据,运用二维有限元(slide)软件分析不同降雨条件对边坡稳定性的影响。彩蝶谷边坡稳定性与降雨密切相关,降雨是诱发其滑动的主要因素,降雨入渗致使坡体含水量逐渐增加,使非饱和带产生暂态饱和,暂态饱和区逐渐向下延伸,孔隙水压力不断增大,导致有效应力降低,坡体抗剪强度下降;边坡稳定性对降雨强度十分敏感,降雨强度越大,稳定性下降越快。该研究可为类似边坡工程的治理和监测预警提供参考。     

降雨条件下弃渣场边坡渗流特征与稳定性分析

降雨影响边坡稳定性，是滑坡地质灾害的重要诱因。以某工程弃土场边坡为研究对象，借助Geo-Studio软件SEEP/W模块，对持续降雨与不同强度降雨条件下边坡渗流特征进行研究。采用极限平衡方法，通过SLOPE/W模块对不同降雨时长条件下边坡稳定性进行分析。结果表明：降雨初期边坡浅层孔隙水压力变化幅度大，然后迅速趋于平稳。在相同降雨历时条件下，大暴雨、暴雨以及大雨对边坡孔隙水压力影响程度逐渐减弱。在持续降雨7 d后，不同降雨强度对应的入渗深度分别为：12.1 m、6.9 m以及1.6 m。在大暴雨条件下，随着降雨时间不断增加，边坡安全系数呈现不断降低的趋势，从天然状态下的1.903减小至1.765,安全系数降低了8%,但仍然大于暴雨工况下规范所规定的1.20。因此，该弃土场边坡安全系数满足规范要求。研究内容将为今后类似边坡降雨条件下稳定性评价提供参考。     

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。     

降雨特性对土质边坡失稳的影响

 通过降雨诱发土质边坡失稳的模型试验及已有研究成果来探讨降雨特性对边坡失稳的影响,并以此来选取出合适的雨量预警参数。研究结果表明：高强度降雨较易使边坡产生流滑破坏且冲蚀现象较为明显;而低雨强长历时的降雨较易使边坡深层土体的孔隙水压力增加,因此较易产生滑动型破坏且滑坡体的规模也较大;此外,降雨型滑坡存在“门槛累积雨量”。该研究成果揭示了降雨入渗对边坡稳定性的作用机制,并以此建议采用降雨强度与累积雨量作为雨量预警基准所需的参数,其中降雨强度参数可用时雨量表示,时雨量可用以衡量流滑型滑坡和泥石流灾害,而累积雨量则有助于评估滑动型滑坡的灾害。     

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。     

降雨入渗对泥岩–土混填路堤稳定性的影响

 降雨入渗是诱发泥岩–土混填路堤边坡失稳的主要因素之一,为了揭示降雨对泥岩–土混填路堤边坡稳定影响的变化规律,选取济邵高速公路一典型路段的泥岩–土混填路堤边坡进行人工降雨模拟试验,对边坡土体中的孔隙水压力、边坡土压力和变形进行监测;探讨雨水入渗对路堤边坡稳定性的影响,推断滑坡的形成机制和预测边坡的稳定发展趋势。原位综合监测和数值分析结果表明：降雨入渗影响下泥岩–土混填路堤边坡的滑动变形区的变形量以坡面最大。裂缝的出现使得雨水更容易进入深层土体,土体吸水崩解、软化,强度急剧下降,使得边坡的稳定性安全系数在降雨后显著降低。     

降雨触发不同级配堆积体滑坡模型试验研究

深入研究降雨条件下堆积体坡失稳规律对滑坡预测预报和防灾减灾具有重要的理论意义和工程实用价值。开发研制了降雨滑坡室内模型试验系统,对3种配制的堆积体土样进行了模型试验。研究了降雨条件下堆积体土坡的渗流、变形、破坏和颗粒运移的规律,探讨颗粒级配对堆积体土坡稳定性的影响。结果表明:坡内土体体积含水率、孔隙水压力和吸力随降雨历程响应明确;湿润锋到达后体积含水率和孔隙水压力持续增加而吸力持续减小,达到峰值后稳定;降雨停止后体积含水率和孔隙水压力立即降低而吸力逐渐增大。坡体破坏瞬时土体位移有一个加速过程。颗粒级配(含石量)对土坡破坏模式具有显著的影响;堆积体含石量为13%,19%,41%的土坡破坏模式分别为多级后退式破坏、冲蚀引起的局部浅层滑动破坏和块状滑动破坏;含石量越小,滑裂面越明显;含石量对细颗粒流失也有影响,含石量越大细颗粒流失越显著,坡脚细颗粒含量越大。     

考虑降雨影响的非饱和土基坑边坡突变失稳分析

降雨入渗往往是非饱和土基坑边坡失稳的主要诱发因素之一,同时边坡失稳又具有突发性。基于突变理论提出了考虑降雨入渗影响的非饱和土基坑边坡稳定性分析方法。根据分析边坡稳定性的塑性极限方法的上限理论建立了边坡失稳尖点突变模型,并得出边坡突发式滑坡的特征关系式,用突变理论对非饱和土边坡稳定进行了初步研究。研究表明,基坑边坡失稳是一种突发性的破坏,外界环境的变化(如降雨入渗导致土体抗剪强度的降低)是基坑边坡发生突发性破坏的决定性因素。     

基于转动–平动组合破坏机构的含软弱夹层土坡降雨入渗稳定上限分析

软弱夹层、降雨等因素对边坡的整体稳定性有着很大的影响。软弱夹层会使得边坡的破坏形式发生改变,从而降低其稳定性;而降雨不但会使得边坡的稳定性变差,甚至有可能使边坡内形成更加软弱的夹层。但是目前尚未有一个简单合理的方法来分析这种类型边坡的稳定性。基于转动–平动组合破坏机构,提出了一种用于含软弱夹层边坡降雨入渗稳定性极限分析上限法。采用非饱和非稳定渗流分析计算得到的浸润线位置结合降雨后的土体强度及组合破坏机构分析含软弱夹层边坡降雨入渗的稳定性,通过与弹塑性有限元数值模拟结果进行对比,验证了本文方法的有效性。分析表明,组合破坏机构能够很好的用于含软弱夹层边坡的稳定性分析并为实际工程提供一个简单有效的设计方法。     

Analysis of rainfall infiltration effects on the stability of pyroclastic soil veneer affected by vertical drying shrinkage fractures

The paper presents a preliminary, simplified evaluation of the effects of rainfall infiltration on the stability of slopes in layered pyroclastic soils affected by shrinkage vertical fractures. The analysis has been developed with a special reference to a stratigraphic sequence obtained by an in situ survey at Pizzo d’Alvano (Southern Italy). The analysis of rainfall infiltration is performed using an original dual-permeability model. Results show how fractures strongly condition infiltration depending on rainfall intensity. Prolonged low-intensity rainfall may lead to a higher saturation of the surface soil layer than short, intense rainfall when water may flow quickly through fractures into the underlying more permeable soil layers. Calculated distributions of pore pressure are used for the slope stability analysis using the infinite slope approach. Variations of the safety factor as a consequence of infiltration show that prolonged rainfall can induce a more relevant decrease in the safety factor than intense precipitations.     

Response of Unsaturated Sandy Soils Under Constant Shear Stress Drained Condition

In order to understand the mechanism and conditions leading to failure of sandy slopes due to the infiltration of rainwater, constant shear stress drained triaxial tests were conducted on three sets of soil samples-normal sand, gravelly sand and silty sand-taken from natural slopes where large-scale landslides have occurred in the past. Water was infiltrated from the bottom of an initially unsaturated soil specimen under constant shear stress drained condition until failure occurred. Such a loading pattern simulated the stress path followed by a soil element on a potential failure plane on a slope subjected to rainwater infiltration. The effects of various parameters reflecting the initial condition, such as relative density, principal stress ratio, degree of saturation and infiltration rate, on the development of deformation during the infiltration process were investigated. The test results confirmed that the development of pore water pressure within the soil is the main reason for the failure of slopes during heavy rainfall. The results obtained can serve as guidelines in developing warning systems against impending rainfall-induced slope failures.     

降雨与库水位共同作用下近坝库岸边坡滑坡模型试验研究

根据云南省龙江水电站近坝库岸边坡滑坡特点,为了对降雨与库水位共同作用下近坝库岸边坡滑坡有深入的了解,进行了降雨与库水位共同作用下边坡滑坡大型模型试验研究。试验结果表明:降雨是引起近坝库岸边坡滑坡的重要因素,降雨与库水位共同作用下近坝库岸滑坡有效应力减小,研究库水位以下边坡土体的抗剪强度减小;库水位作用使得边坡产生沉降和裂缝,边坡的滑坡是由降雨和库水位共同作用引起,库水位以下边坡土体水分入渗充分,边坡内部孔隙水压力较大,边坡易产生滑坡且滑坡规模较大,近坝库岸边坡滑坡属于浅层牵引式滑坡。