非饱和裂隙膨胀土边坡降雨入渗和变形的数值模拟

裂隙是膨胀土的基本特性之一,它的存在直接影响着降雨作用下膨胀土边坡内的含水量、孔压和变形的发展。文章在已有研究的基础上,给出了膨胀土裂隙模拟的方法及裂隙膨胀土边坡的非饱和渗流过程的模拟方法;建立了一个工程实用的膨胀土的胀缩变形计算模型;发展了适用于裂隙膨胀土边坡的雨水入渗过程分析的数值计算方法,编制了相应程序。结合工程实例,模拟了降雨入渗条件下裂隙膨胀土边坡的含水量、孔压和变形演化过程。数值计算结果较好地再现了现场试验结果,初步说明了模拟方法及程序的可靠性。模拟结果表明,在降雨初期,裂隙发育的浅层土体含水量迅速增加,部分区域饱和;延长降雨后,坡面和坡脚形成略深于裂隙发育区的浅层饱和区;裂隙的闭合导致含水量增加减缓,雨水入渗集中在浅层;在延长降雨后饱和区的扩散仍集中在坡面坡脚的浅层土体。裂隙膨胀土边坡的膨胀和软化也集中发生在浅层土体中,这决定了裂隙膨胀土边坡的破坏形式主要为浅表型滑坡。     

降雨条件下膨胀土边坡稳定性分析

应用湿度应力场理论,采用ANSYS软件的热—力耦合计算方式,模拟了降雨入渗下边坡土体产生的膨胀效应,并建立了边坡稳定性分析方法,分析了降雨条件下膨胀土边坡的变形破坏规律,为膨胀土边坡处治提供了理论依据。     

降雨诱发膨胀土边坡渐进破坏研究

膨胀变形是膨胀土边坡失稳破坏的重要因素之一,研究分析降雨诱发膨胀土边坡渐进破坏过程具有重要的实践意义。基于膨胀应变与基质吸力增量的线性关系,将膨胀性引入非饱和流固耦合模型当中,建立一种适用于膨胀土工程的非饱和渗流场–应力场–膨胀应变场多场耦合数值计算方法。结合应变软化模型,分析单次降雨诱发下膨胀土边坡入渗过程以及边坡渐进破坏全过程。结果表明,非饱和膨胀土边坡在单次降雨诱发后,坡体发生以坡脚为起始逐渐向坡顶扩展的破坏,具有明显的时间延后性、多层逐级后退式的特点。膨胀土的膨胀性、强度参数对坡体破坏形式具有显著的影响,膨胀土边坡破坏既保留了一般黏性土的共性也呈现出干缩湿胀的特殊性。     

脱湿速率对膨胀土堑坡稳定性的影响分析

以广西南宁膨胀土为研究对象,设置不同温湿度条件引起的脱湿环境,测试不同脱湿速率作用下,膨胀土的收缩特性以及持水能力,预测不同脱湿速率作用下非饱和土体渗透曲线,并对膨胀土边坡雨水入渗过程进行数值模拟计算。试验结果表明,脱湿速率越小,膨胀土收缩变形越大,这说明自然条件下湿度大的气候里,经过缓慢蒸发,表层土体的膨胀潜势会较大。数值计算结果表明,脱湿速率较小时,降雨后边坡雨水入渗的影响深度较大,这说明,湿度大的气候条件下,长期的蒸发过程,会导致更大的降雨入渗深度,从而不利于膨胀土边坡的稳定。     

大气作用下膨胀土边坡的现场响应试验研究

在广西南宁地区建立了缓坡、陡坡与坡面种草3种类型膨胀土边坡的原位监测系统。采用小型气象站、土壤含水率TDR系统、烘干法、温度传感器、测斜管和沉降板跟踪测试了边坡含水率、温度、变形等随气候变化的演化规律。认为降雨是膨胀土边坡发生灾变的最直接的外在因素,蒸发效应是边坡灾变的重要前提条件,而风速、净辐射量、气温和相对湿度是间接影响因素;土温变化可间接反映边坡不同位置的含水率变化性状;边坡变形主要集中在表层土体,坡中变形最大,其次是坡顶,坡脚处变形最小,陡坡在大气作用下发生了渐进性破坏;草皮覆盖有利于保持边坡表层土体水分、降低坡面冲刷和径流量、抑制边坡变形,且对土温有很好的削峰填谷作用。     

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。     

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。     

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.     

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。     

降雨条件下膨胀土基坑边坡稳定性分析

应用非饱和土一维降雨入渗模型模拟膨胀土基坑边坡在降雨入渗条件下的水分运移规律。通过试验研究了合肥膨胀土抗剪强度随含水量变化的关系。在此基础上,研究了考虑降雨入渗影响的膨胀土基坑边坡稳定性问题。研究表明,随降雨历时的增加边坡的安全系数逐渐变小,边坡最危险滑动面有向浅层发展的趋势。对于膨胀土边坡的浅层滑动面,采用折线滑动面比圆弧滑动面更接近于实际情况。     

Design of soilbag-protected slopes in expansive soils

Slope failures and slope slides of expansive soils are usually characterized by shallow sliding along the surface crack. Soilbag is an effective method to prevent and control slope failures and slope slides of expansive soil. Currently, soilbag protection for expansive soil slopes has been commonly designed using empirical methods, which led to many failures of soilbag-protected slopes, or high-cost. In this paper, a new design method of the soilbag-protected slopes in expansive soils is proposed based on the balance between the soilbag friction and the active lateral earth pressure induced by the swelling pressure of expansive soils. Specifically, the friction between the soilbags is assumed to be in direct proportion to the soilbag heap-up height. The active lateral earth pressure acted on a layer of soilbag is calculated along with the total height of the slope. Moreover, the width of soilbag layers is calculated from the balance of the sum of soilbag friction and the total active lateral earth pressure along with the soilbag height and expressed by the height of slopes. For the convenience of soilbag construction, the heap-up unit of soilbags is proposed for different slope heights of expansive soils.     

膨胀土边坡物理模型试验研究

进行了一系列压实膨胀土的大型静力模型试验,对边坡土体吸湿后的含水率、膨胀变形等进行了实时监测。试验成果显示,膨胀土边坡浅层土体吸湿后其含水率场分布不均匀,干湿分界面处土体易由于不均匀膨胀变形而导致局部剪切错动,并随水分在坡体内的迁移,局部滑动面逐渐向边坡纵深扩展,在不同深度、不同部位形成多重剪切滑动面,最终导致边坡整体塌滑。针对静力模型试验进行了考虑膨胀性的非线性有限元计算,比较了边坡自重条件下和吸湿后应力场的变化,可知吸湿引起顺坡向正应力在干湿分界面处变化剧烈,剪应力明显增大,强度折减法得到的模型试验边坡安全系数仅0.92。研究成果表明：影响膨胀土边坡浅层稳定性的最根本原因并非膨胀土的超固结性或裂隙性,而是土的胀缩特性。     

膨胀土边坡的稳定性分析

根据膨胀土边坡失稳破坏现象，将其破坏类型归结为表层溜塌、浅层破坏和深层破坏，同时对其破坏发生机理进行探讨。然后在考虑膨胀土工程特性和环境因素影响的情况下，对南阳一中等膨胀土边坡进行稳定性分析。进而在此基础上，对上述3种破坏类型的滑面进行研究，提出该实例边坡的合理坡率和浅层破坏滑面位置。     

高速公路膨胀土边坡整治

在膨胀土边坡整治设计中,由于膨胀土在稳定性计算分析时有不确定因素,因此整治设计需结合对膨胀土边坡失稳特点和规律的认识,再结合类似边坡失稳的分析研究,使其稳定性计算分析和整治设计有较强的针对性。在总结分析膨胀土特点和规律后,对3个具体的膨胀土边坡失稳原因进行分析,然后根据襄孝高速公路对膨胀土路堑边坡进行试验研究,对其采用削坡放缓、抗滑桩加固、锚杆加固、抗滑挡土墙加固四种整治方式,分别对其进行稳定性分析。在满足稳定性前提下,从经济和生态环保角度比较各自的优劣,在12 m高以内边坡,采用削坡放缓整治方式最为经济环保。     

高速公路膨胀土边坡整治

 在膨胀土边坡整治设计中，由于膨胀土在稳定性计算分析时有不确定因素，因此整治设计需结合对膨胀土边坡失稳特点和规律的认识，再结合类似边坡失稳的分析研究，使其稳定性计算分析和整治设计有较强的针对性。在总结分析膨胀土特点和规律后，对3个具体的膨胀土边坡失稳原因进行分析，然后根据襄孝高速公路对膨胀土路堑边坡进行试验研究，对其采用削坡放缓、抗滑桩加固、锚杆加固、抗滑挡土墙加固四种整治方式，分别对其进行稳定性分析。在满足稳定性前提下，从经济和生态环保角度比较各自的优劣，在12 m高以内边坡，采用削坡放缓整治方式最为经济环保。     

中膨胀土路堤包边方案及其试验验证

中膨胀土具有较强的吸水膨胀软化特性，其CBR值低于3％，不能满足路基对填料的强度要求，若用作路基填料必须进行处理。对中膨胀土路堤包边方案进行深入论证，对中膨胀土包边路堤边坡稳定性、路基强度与变形及石灰包边层的保湿作用进行分析。分析结果表明：中膨胀土包边路堤具有较好的浅层稳定性和整体稳定性；包边条件下，填土具有较高的强度和较低的变形，满足路用要求；包边层具有良好的防风化和保湿作用。在此基础上，提出中膨胀土路堤包边方案，并通过现场试验进行验证，试验验证表明，石灰包边方案能经受当地自然条件和气候条件的影响，能保证路基的稳定和安全营运。     

Research on the protection of expansive soil slopes under heavy rainfall by anchor-reinforced vegetation systems

An anchor-reinforced vegetation system (ARVS) is a new type of flexible slope protection system. ARVSs are composed of vegetation, anchors and high-performance turf reinforcement mats (HPTRMs) and can maintain the stability of expansive soil slopes while producing superior ecological effects. Through in situ comprehensive monitoring and comparative analyses, we systematically discuss the impact of heavy rainfall on ARVS-protected expansive soil slopes during the local wet season in Nanning. The results show that during the local wet season, the soil temperature and water content in vegetation-covered areas are lower than those in bare areas. The soil temperatures in different areas on the expansive soil slopes decrease with increasing depth. The ARVSs significantly affected the regulation of water transport and soil temperature, which limited soil deformation in different directions. The subsequent heavy rainfall would cause greater deformation of the expansive soil slope when less antecedent rainfall fell. Low-intensity and long-duration heavy rainfall events have greater negative impacts on expansive soil slopes than high-intensity and short-duration rainfall events. Under the action of severe rainfall-evaporation, expansive soil slopes protected by ARVSs can maintain stability.     

膨胀土渠道边坡的破坏与防治对策

膨胀土边坡的破坏在工程中极为常见,它是岩土工程的一个难题。当前对其破坏形式和破坏机理仍未形成统一的认识,影响了问题的解决。在对膨胀土地层结构分析的基础上,通过两个大型的现场试验,并结合许多滑坡实例,概括出膨胀土坡两种典型的滑动形式,即浅表层的膨胀型滑动(塌坡)和中深部的裂隙性滑坡,对膨胀土边坡的破坏有了新的认识。并分析了滑动的机理和影响因素,并对相应的处治对策提出了建议。