岩质边坡降雨入渗过程的数值模拟

对岩质边坡降雨入渗的数学模型及模拟方法进行了探讨。在此基础上，研究了非饱和－饱和渗流模型中的非线性方程组及其解法，给出了Picard迭代法求解该方程组的方法、步骤，并对边坡降雨入渗的规律进行了研究，阐述了岩质边坡降雨入渗过程中基质吸力的变化、暂态饱和区的形成、发展以及暂态水压力的分布、变化。用上述方法分析、模拟了某露天矿边坡降雨入渗的全过程。     

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。     

非饱和土统一强度理论及真三轴试验结果验证

非饱和土的真三轴强度准则及三向应力状态预测是实现非饱和土理论工程应用的重要问题,依据非饱和土的双应力状态变量及吸附强度特性,构建适用于非饱和土的双剪单元体模型,继而建立分段线性的非饱和土统一强度理论,分析其特例、平面极限线和空间极限面的特性,并用已有的非饱和粉砂的刚性与柔性真三轴试验结果进行验证。研究结果表明:本文非饱和土统一强度理论的极限线覆盖了所有外凸区域,饱和土的统一强度理论以及非饱和土的Mohr-Coulomb强度准则均为其特例,而且还包括很多新的强度准则;非饱和粉砂的所有真三轴试验数据均落在非饱和土统一强度理论的极限线范围内,并与统一强度理论参数b=1/2时的预测值吻合较好;外接圆Drucker-Prager准则不能反映非饱和土的真实强度特性,b=1/2时非饱和土统一强度理论可线性逼近拓展的非线性SMP准则。     

非饱和土边坡稳定性分析的研究

通过对非饱和度边坡稳定性进行有限元分析,对降雨过程中非饱和土的边坡参数进行了分析,提出了解决非饱和土稳定分析的新方法,为非饱和土边坡稳定分析提供了新的思路。     

基于Mein-aLarson模型的非饱和锐利浸润锋模型

降雨入渗模型在渗流理论、地质灾害评价等方面具有重要的理论意义及工程应用价值。基于饱和入渗的Mein-Larson模型及李宁等学者提出的非饱和入渗模型,利用非饱和土的Van Genuchten水土特性及渗透系数模型,提出了简化的非饱和锐利浸润锋模型,用以分析均匀含水率土体及含水率随深度变化的土体,其含水率、浸润深度、吸力等随雨强、降雨持时的变化。通过3种模型在不同工况下与有限元模拟结果进行对比,验证了本文提出的模型能更好的描述黄土中的非饱和水分迁移。     

降雨型滑坡研究的发展现状与展望

本文从统计学研究和机理研究两个方面阐述了降雨型滑坡的研究历史和研究现状，其中又把降雨型滑坡机理研究按三个方面分别进行了论述，即降雨入渗引起的斜坡体内水-岩（土）力学作用（包括饱和与非饱和土力学）对斜坡稳定性的影响；降雨入渗引起的斜坡体内水-岩（土）物理化学反应对斜坡稳定性的影响和降雨型滑坡机理研究的数值模拟技术。通过上述论述可知，当前降雨型滑坡的研究虽然取得了丰富的成果，但是由于实际情况的复杂性，研究的成果还难以在实际的工程应用中对降雨型滑坡进行准确的预测预报，降雨型滑坡依然是有待深入探讨的前沿课题。文末对降雨型滑坡未来的研究方向进行了展望。     

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。     

重庆红粘土本构模型验证

以重庆红粘土为研究对象，通过对重庆红粘土在不同应力路径加荷条件下的应力－应变关系的分析研究，运用“土的本构关系图象程序”对重庆红粘土本构关系，进行了四种本要模型验证，认为非线性弹性成都科技大学Ｋ－Ｇ模型和殷宗泽双曲服面弹塑性模型能反映重庆红粘土应力－应变关系的本构模型，提出了相应的模型参数。     

考虑土体非饱和特性的无限长斜坡降雨入渗解析解

由降雨诱发的残积土滑坡在亚热带和热带地区非常普遍,产生此类滑坡的主要原因是雨水入渗使斜坡内非饱和土体的负孔隙水压力降低导致了土体抗剪强度的减小。基于二维非饱和渗流控制方程,采用指数函数描述非饱和土体的土水特征曲线及其渗透系数随含水率(或负孔隙水压力)的变化,建立了降雨入渗条件下无限长斜坡内水分运移模型,在合理简化的基础上给出了模型的解析解。通过与成熟的有限元数值模拟软件计算结果的比较与分析,证明该解析解稳定可靠。由该解析解获得的负孔隙水压力剖面可用于评估降雨入渗对非饱和土斜坡稳定性的影响。     

非饱和土边坡滑带土恒荷载试验研究

降雨、蒸发、库水位升降引起的水位变化是诱发滑坡的主要因素,在室内三轴试验中,现场应力路径很难被精确地模拟。以三峡库区千将坪滑坡为工程背景,通过室内非饱和土恒荷载试验(DL)模拟滑动带中非饱和土由水位变化导致吸力变化的应力路径,探讨水位变化对非饱和土体强度特性的影响。恒荷载试验结果表明:非饱和土在相同基质吸力条件下吸湿过程对应的抗剪强度高于脱湿过程,解释了千将坪滑坡延迟于强降雨和三峡水库第一期蓄水二个月后发生的原因。     

基于GIS的降雨滑坡渗流–稳定实时评价方法研究

降雨是诱发滑坡灾害的主要因素之一。阐述了不同降雨强度下的雨水在边坡体中的渗透过程,其中考虑了不同降雨强度下的土壤入渗能力变化、降雨入渗量及降雨入渗前锋界面与地下水位的转化关系。将经典的Green-Ampt模型与三维极限平衡模型耦合,假定入渗区域饱和,并考虑任意降雨强度,建立了基于GIS栅格数据格式的降雨渗透-稳定实时评价模型,来定量评价斜坡体的实时稳定状态。通过模型算法和例题分析验证了本文所提方法可对单体滑坡进行实时稳定性分析。     

Analysis of landslide stability under seismic action and subsequent rainfall: a case study on the Ganjiazhai giant landslide along the Zhaotong-Qiaojia road during the 2014 Ludian earthquake,Yunnan, China

In a strong earthquake, not only a large number of coseismic landslides are triggered, but relaxation and cracks in the rocks and soils are induced, which make these rocks and soils vulnerable to instability during subsequent rainfall; thus, strong earthquakes always have long-term effects on landslides. The geo-hazards along the Zhaotong-Qiaojia road in the 2014 Ludian earthquake (Ms 6.5) of Yunnan Province, China, were investigated, and the Ganjiazhai giant landslide was chosen as a case study. First, using the limit equilibrium analysis and Newmark method, the critical seismic intensity of the landslide before the earthquake was evaluated. Secondly, the dynamic failure process of the landslide under the measured ground motion was simulated with the discontinuous deformation analysis method. Lastly, based on stress–seepage coupling analysis and precipitation data from Ludian meteorological station, the stability of the landslide during subsequent rainfall after the earthquake was predicted. The results show that the critical seismic intensity was within degrees VIII–IX, which is consistent with the results of the earthquake damage investigation. The dynamic failure process can be divided into four stages, and four scarps formed; the potential sliding zones during the subsequent rainfall were at the first scarp and the fourth scarp, and their critical rainfall amounts were 35–40 mm and 55–60 mm, respectively. In this paper, failure process simulation and stability prediction of the landslide before, during, and after the strong earthquake are presented, which provide analysis methods for the dynamic stability of landslides in the meizoseismal area.

     

土水特征曲线在滑坡预测中的应用性探讨

 通过模型试验与数值分析方法的结果对比，研究土水特征曲线中的主要增湿路径与主要减湿路径对降雨型滑坡预测的影响。研究结果表明，采用不同状态路径的土水特征曲线来进行降雨条件下边坡的有限元渗流分析，会得到不同的基质吸力和孔压变化趋势，进而影响强度折减有限元法的计算结果；而对于相同的基质吸力条件下，采用主要增湿路径所预测的非饱和渗透系数会低于主要减湿路径的预测值，使得主要减湿路径预测滑坡破坏时间较主要增湿路径快。此外，若边坡产生滑动型破坏，则实际滑坡发生时间在主要减湿路径与主要增湿路径的预测值之间。研究成果说明，采用作为界限的主要增湿和主要减湿路径作为土水特征曲线的滞后模型，对降雨型滑坡灾害的防灾预警具有一定的实用价值，可利用主要增湿与减湿路径预测滑坡发生的时间差，规划与建立合适的滑坡雨量预警基准。     

Creep model for unsaturated soils in sliding zone of Qianjiangping landslide

The mechanical behavior of sliding zone soils plays a significant role in landslide. In general, the sliding zone soils are basically in unsaturated state due to rainfall infiltration and reservoir water level fluctuation. Meanwhile, a large number of examples show that the deformation processes of landslides always take a long period of time, indicating that landslides exhibit a time-dependent property. Therefore, the deformation of unsaturated soils of landslide involves creep behaviors. In this paper, the Burgers creep model for unsaturated soils under triaxial stress state is considered based on the unsaturated soil mechanics. Then, by curve fitting using the least squares method, creep parameters in different matric suction states are obtained based on the creep test data of unsaturated soils in the sliding zones of Qianjiangping landslide. Results show that the predicted results are in good agreement with the experimental data. Finally, to further explore the creep characteristics of the unsaturated soils in sliding zones, the relationships between parameters of the model and matric suction are analyzed and a revised Burgers creep model is developed correspondingly. Simulations on another group of test data are performed by using the modified Burgers creep model and reasonable results are observed.     

考虑降雨入渗条件下边坡稳定性的研究进展

在导致滑坡失稳的众多因素中,降雨是影响边坡失稳的主要诱发因素,边坡土体自身的复杂性决定了降雨入渗对边坡的影响是非常复杂的,通过总结国内外对降雨引起边坡失稳现象的研究进展与现状,结果表明:主要研究是从基质吸力、土体的应力状态、土体的变形、降雨强度、降雨持时、土体的渗透性和土体中的裂隙等方面分析了降雨入渗对边坡稳定性的影响,随着降雨的入渗,降雨强度对边坡稳定影响显著,降雨间隔时间和方式对边坡稳定性也有较大影响,目前国内外在这一方面缺乏系统全面的研究。最后总结了进一步研究方向与目标。     

青海高原龙穆尔沟红层滑坡变形机制的地质分析与模型试验研究

 以西久公路(S101线)龙穆尔沟DH6#红层滑坡为典型代表，采用地质分析与室内模型试验相结合的方法，对河谷下切和雨水浸润作用下青海高原红层滑坡的变形破坏过程进行研究。在地质力学模型试验中，以坡体开挖来模拟河谷下切卸荷作用，采用均匀毛细浸润技术模拟雨水入渗改变岩土强度的现象。以位移量作为重要指标，先分析河谷下切和雨水浸润对坡体变形的单独影响，再将二者综合分析，并分析二者的作用权重。结果表明，河谷下切和雨水浸润作用在红层滑坡的变形过程中均扮演重要角色，认为坡体变形的根本原因是以红层特殊岩土性质为基础的2次强度衰减过程：河谷下切引起的坡体卸荷松弛(第一次强度衰减)以及临空面的出现是滑坡发生的基础；长期的雨水浸润作用造成岩体强度软化(第二次强度衰减)是滑坡发展的直接原因。把以龙穆尔沟DH6#滑坡为典型代表的高原红层滑坡的变形机制归纳为：原始地貌→河谷下切→坡体卸荷松弛→岩土强度衰减→水的作用→岩土强度进一步衰减→坡体整体滑移。     

库水位下降诱发的特大型顺层岩质滑坡变形特征与诱发机制

通过三峡库区旧县坪滑坡2016年6月~2018年8月的GNSS监测数据,采取多因素综合过程分析和定量分析手段,分析了滑坡变形在库水位7个不同变化过程下的响应特征和诱发机制。研究表明:(1)库水位下降是旧县坪滑坡位移变形的主要诱发因素,一般情况下,库水位下降速率越大,滑坡稳定性越差:库水位快速下降期间(>0.4 m/d)无强降雨时,滑坡仍可产生较强位移变形;库水位缓慢下降期间(<0.2m/d)无强降雨时,滑坡一般不产生明显变形。(2)强降雨在库水位下降期和145 m低水位运行期对滑坡位移变形可产生促进和一定的诱发作用,在库水位上升期(>0.5 m/d)则难以诱发滑坡产生变形。(3)对诱发滑坡变形来讲,降雨强度可以和库水位下降速率起相互补偿作用。即:通常情况下,库水位下降速率越大,诱发滑坡产生变形的降雨量可以更小。(4)库水位升–降转换期,渗透压力方向在一段时间内会逆库水位的下降变化而指向坡内,强降雨和库水位下降速率在一段时间内(数日至十余日)均不能诱发滑坡产生明显位移变形。(5)库水位高频低幅波动期间,总的渗透压力方向一般指向坡内,此阶段无论库水位下降速率多大,滑坡通常不会产生较强变形。该研究成果可对水库涉水型滑坡成因机制分析、监测预警判据研究、动态风险管理及应急抢险处置等提供重要借鉴。     

降雨型堆积层滑坡的加卸载响应比特征及其预测作用与意义

应用加卸载响应比理论对长江三峡库区典型降雨型堆积层滑坡的位移失稳规律、加卸载动力学作用过程与特点等进行了系统研究，确定了该类滑坡加卸载参数及加卸载响应参数，建立了加载响应比预测模型。以新滩滑坡分析为例，运用加卸载响应比预测模型对新滩边坡关键部位监测点A3，B3进行了加卸载响应比计算，发现该两点的加卸载响应比时序曲线均在边坡失稳前发生突变，其突变时间与边坡实际失稳时间完全吻合。证明了加卸载响应比理论是可应用于中、短期预报堆积层滑坡的一种有效方法。     

强降雨条件下考虑饱和渗透系数变异性的基岩型层状边坡可靠度分析

边坡土体因其自身的不均匀性及试验监测的不准确性,饱和渗透系数表现出一定的变异性。为探索强降雨条件下基岩型层状边坡的稳定性及失稳破坏概率,以笔者前期对基岩型层状边坡降雨入渗及其稳定性模型的研究为基础,结合Monte Carlo法,建立了考虑饱和渗透系数变异性的基岩型层状边坡稳定性可靠度计算模型,并基于MATLAB将这一计算过程程序化。最后,利用建立的基岩型层状边坡可靠度计算模型,得到了张家湾滑坡在不同饱和渗透系数变异系数及降雨强度下的失稳破坏概率,分析了饱和渗透系数变异系数及降雨强度对滑坡失稳破坏概率及安全系数均值的影响。计算结果表明在一定降雨条件下,当失稳破坏概率小于50%时,变异系数越大、滑坡发生失稳破坏的概率越大;当失稳破坏概率大于50%时,变异系数越小、滑坡发生失稳破坏的概率越大。     

降雨影响下的区域滑坡危险性动态评价研究——以三峡库区万州主城区为例

降雨引发的滑坡具有区域性的群发效应,能够在短时间内造成大量的灾难性损失。基于此,提出一种可考虑不同降雨期影响的区域滑坡危险性评价方法。该方法以瞬态降雨入渗的区域斜坡稳定性计算模型为基础,将滑坡危险性定义为在一定持续降雨期内各栅格单元体失稳的概率。通过岩土体物理力学参数的不确定性进行各栅格单元体失稳概率的求解,继而获得区域内滑坡的危险性分布。基于Arc GIS软件开发出区域滑坡危险性动态评价工具。以三峡库区万州主城区为例,详细介绍危险性评价工具的数据处理过程以及参数选取方法,并以2种不同的降雨工况进行比较计算。现场斜坡稳定性的调查与计算结果的对比及统计分析表明:滑坡的危险性分布图与真实滑坡的稳定性情况基本一致,并在一定程度上反应了该地区斜坡稳定性的时空分布特征,测试并验证了评价工具的正确性。