不同降雨入渗条件下预应力锚索加固边坡稳定性分析

为了研究不同降雨条件下边坡安全系数及预应力锚索轴力变化规律,以省道S303沿线某边坡为研究对象,考虑土体饱和-非饱和渗流与非饱和强度理论,基于有限元分析,对不同降雨工况下的孔隙水压分布、锚索轴力及采用强度折减法计算的边坡安全系数变化规律进行了研究。结果表明: 降雨量一定时,降雨入渗范围随雨强增大而减小,暂态饱和区域随雨强增加而增大; 边坡在加固前后的安全系数均随降雨量增加而不断减小,采用预应力锚索加固能有效提高边坡安全系数,并减小降雨对边坡稳定性的影响; 随着降雨量增加,各锚索轴力均增大,当降雨量一定时,雨强越小,对应的锚索轴力提升幅度越大,靠近底部的锚索轴力对降雨最为敏感。     

降雨入渗及地震作用下边坡稳定性研究

边坡滑坡给社会经济和人民生命安全带来了巨大威胁，降雨和地震是边坡滑坡的两大诱因。以云南省某矿山边坡作为研究对象，取样后在室内进行岩石力学实验，得到后期工作所需的岩石力学参数，利用霍克布朗准则推导出岩体的力学参数，运用理论计算和数值模拟分析降雨和地震对边坡稳定性影响，结果表明：1）在降雨入渗作用下，边坡出现滑坡主要是静水压力造成的；2）在地震作用下，当地震峰值加速度为0.1g时，有效塑性区主要位于边坡中下部，当增大地震峰值加速度，其范围向坡脚移动，当加速度为0.3g时，塑性区出现贯通趋势。     

晋陕蒙接壤区露天矿不同质地土壤水分运动特征与模拟

分析了晋陕蒙接壤区不同质地土壤水分运动规律，为构造一种理想的层状土体提供参考依据。设置沙土、砒砂岩、黄绵土和红黏土4种均质土柱，利用室内土柱自动观测系统测定4种矿区土壤入渗及蒸发过程，结合HYDRUS-1D模型反解土壤水力参数，并利用反解的参数模拟土壤的入渗与蒸发过程。通过湿润峰运移、入渗速率、累积入渗量评价土壤入渗性能，对比蒸发强度和移动能力评价土壤蒸发性能。研究结果表明，不同质地土壤入渗性能与蒸发性能差异较大，入渗性能从大到小排序为：沙土、砒砂岩、黄绵土、红黏土，蒸发性能从大到小排序为：黄绵土、红黏土、沙土、砒砂岩。4种土壤入渗过程模拟结果的Re（相对误差）绝对值都在11.0%以下，R2在0.90以上，沙土、黄绵土、红黏土蒸发过程模拟结果Re（相对误差）绝对值在6.1%以下，R2在0.94以上，砒砂岩因质地特殊，蒸发过程模拟结果Re（相对误差）绝对值为14.0%，R2仅为0.44，整体评价利用HYDRUS-1D结合入渗、蒸发过程剖面含水量变化反演土壤水力参数具有较高的精度。不同质地土壤水分运动特征的测定与模拟，对指导露天矿区排土场新土体构筑提供了参考。     

垂直节理对黄土渗透性的影响研究

通过室内模型试验,研究了饱和入渗条件下黄土垂直节理对土体渗透性的影响。在实验室自制试验装置,将重塑土击实后人工切割垂直节理。在土样表面均匀喷水,使水分在土样表面饱和的状态下入渗,分析节理开度对黄土中水分入渗的影响规律。试验表明:闭合节理对土体的渗透性影响很小,实际中可以不予考虑;随着节理开度的增大,节理对土体渗透性的影响逐渐趋于明显,节理成为优势渗流面。将黄土中的节理抽象为两平行板间的缝隙,节理内水的流动满足N-S方程。考虑黄土渗流的实际特点确定了边界条件,通过推导建立了黄土节理渗透系数的表达式,分析了黄土节理渗透系数随土体体积含水量变化的特点。在数值计算中,采用四边形等参元离散土体。在离散体表面规定水头边界,对节理场地的水分场变化进行了分析。分析结果与试验对比,说明该表达式可以反映黄土节理渗流的实际特点。     

雨水入渗与膨胀性土边坡稳定性试验研究

采用离心模型试验方法,完成了2组不同坡度的膨胀性土开挖边坡土工离心模型试验,比较了边坡坡度大小对其稳定性的影响,并尝试通过控制注水浸泡时间来模拟短期和长期的雨水入渗,从而再现了降雨条件下膨胀性土开挖边坡的破坏特征和破坏机制。结果分析表明膨胀性开挖边坡表层土体因雨水入渗膨胀软化,强度降低,严重削弱了边坡稳定性;鉴于膨胀性土路堑在雨水入渗后发生浅层滑动破坏,因此,单纯放缓边坡坡度并不是防治这种破坏的最有效措施,重要的是做好隔水防水等处治工作。     

植被增加边坡降雨入渗对边坡稳定性影响研究

植被根系提高土壤渗透性和抗侵蚀性,植被盖度越大径流起始时间越长,植被提高边坡的入渗率和减少土壤流失相互促进,共同作用的结果是保持水土,所以植被增加边坡降雨入渗的作用是十分显著的.大多数植物的根系分布在浅层,根际区土壤储水能力强,由于植被对根际区下层土壤的渗透性影响不大,而且认为植被对降雨入渗对根际区土壤水分的影响明显,而对边坡根际区下层土壤水分影响不明显,植被增加边坡降雨入渗不影响边坡深层稳定性.     

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。     

裂隙非饱和渗流试验研究及有地表入渗的裂隙岩体渗流数值分析

就单裂隙非饱和水力参数的试验测定和数值模拟确定、单裂隙非饱和渗流的机理、有地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流数值分析以及地表入渗对岩坡稳定性的影响等方面展开了较为深入的研究，并将上述研究成果应用于实际大型工程问题的分析中。主要内容如下：（1）借鉴前人的研究成果，基于动力法原理（即逐次建立水相和气相之间的稳定流动状态），首次研制出一套可同时测定单裂隙毛细压力－饱和度以及非饱和渗透系数－毛细压力关系的实验装置，并提出一种用该实验装置来测定单裂隙非饱和水力参数的物模试验法，使得通过试验来测定单裂隙非饱和水力参数成为可能。（2）运用分形几何和蒙特卡洛模拟等理论，提出一种更合理的确定单裂隙非饱和水力参数的数值试验法，并开发相应的模拟程序。由于该法在生成裂隙充水域时考虑了水和气的“圈闭”效应，故能模拟出裂隙排水与吸水过程间客观存在的滞后现象，这是以往数值试验法所不能做到的。（3）把裂隙岩体等效力连续介质来处理，建立有地表入渗的裂隙岩体饱和非饱和渗流的数学模型。以Galerkin有限元法为模拟手段，研制了相应的算法，并编制了考虑地表入渗的三维饱和非饱和渗流有限元计算程序SUSS3D。算例分析表明，上述模型和计算程序是合理可行的。（4）引入非饱和土的抗剪强度理论，运用刚体极限平衡法，研制出了地表入渗影响下的央坡稳定性验算程序ZSLP。该程序考虑了非饱和带基质吸力对央体抗剪强度的贡献以及暂态附加水荷载的不利作用，使计算结果更贴近实际。（5）将上述研究成果应用于小湾电站水垫塘区岸坡降雨入渗分析，溪洛渡电站水垫塘区岸坡雾化雨入渗分析以及雾化雨入渗对溪洛渡电站水垫塘区岸坡稳定性的影响等实际工程问题的研究。结果表明：地表入渗确会给边坡稳定带来不利的影响，并且本文的模型和计算程序均是合理可行的。