降雨入渗对煤系膨胀土边坡瞬态稳定性影响分析

采用非饱和瞬态渗流有限元与极限平衡法相结合,对降雨入渗过程中煤系膨胀土边坡的渗流场与稳定场进行数值模拟,分析了土体渗透系数、降雨强度、降雨持时以及坡比等参数变化对煤系膨胀土边坡稳定性的影响。研究结果表明,土体渗透系数对边坡安全系数有较大影响,渗透系数较大的边坡在降雨48 h后,其安全系数出现陡降,最大降幅达到27. 82%。降雨强度越大,相同降雨持时的边坡安全系数越小,安全系数的降幅也越大。坡比对煤系膨胀土边坡的安全系数有显著影响,边坡安全系数随着坡比的减小而增大,在降雨强度为8. 33"10-7m/s的情况下,建议该类型土质边坡的坡比取值为1∶1. 5～1∶1. 75。     

饱和渗透系数空间变异性对边坡稳定性的影响

基于随机场理论和非饱和渗流理论,通过对某一假想边坡在降雨条件下进行非饱和渗流分析和边坡稳定性分析,研究了在不同降雨强度下土体饱和渗透系数的空间变异性对边坡稳定性的影响.分析结果表明,随着降雨强度的增加,边坡稳定性降低,临界降雨强度与饱和渗透系数有关.饱和渗透系数的竖向波动尺度对边坡稳定性影响较大,目前采用确定性分析方法对渗流过程模拟存在风险.     

降雨入渗下膨胀土边坡的稳定性分析

膨胀土是一种特殊的非饱和土。随着降雨的入渗,膨胀土中的吸力和抗剪强度都将减小,因而研究膨胀土边坡在降雨入渗作用下的稳定性具有重要意义。文章以合肥轨道交通1号线膨胀土边坡为研究对象,采用Geo-Studio软件研究了降雨强度及历时、土体裂隙、时间推移对边坡稳定性的影响。在此基础上,运用正交试验设计方法对膨胀土的水力学参数(土水特征曲线拟合参数a、n、m及饱和渗透系数Ksat)进行了边坡稳定性的敏感性分析。结果表明:长时间的弱降雨对膨胀土边坡的稳定性有较大影响;裂隙的存在使降雨入渗作用下边坡的安全系数有较大降低;降雨对边坡稳定性的影响是持续性的;在影响膨胀土边坡稳定性的4个水力学参数中,饱和渗透系数Ksat为主要因素,土水特征曲线拟合参数a、n为不重要因素。     

降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响

研究降雨入渗对边坡稳定性的影响规律。采用有限元法进行非饱和土边坡的二维非稳态渗流计算,考虑基质吸作用利用极限平衡法进行非饱和土边坡稳定安全系数计算,进而通过算例计算,分析了降雨过程中及降雨之后,边坡内孔隙水压分布、潜在滑裂面位置以及边坡稳定安全系数的变化情况。着重分析了降雨强度和降雨持续时间的影响,并特别注意分析降雨结束后的边坡稳定性。算例表明某些情况下边坡安全系数最小值出现在降雨之后的数小时或数天,而非降雨的过程中或降雨刚刚结束之时。     

水位升降对库区非饱和土质岸坡稳定性的影响

针对传统的饱和土理论在分析库岸边坡渗流和稳定问题中存在的不足,以非饱和 饱和渗流分析程序模拟水位升降过程中岸坡内孔压场（包括浸润线以上的基质吸力场）.在此基础上,考虑基质吸力对抗剪强度的贡献及其对安全系数的影响,进行了边坡稳定的极限平衡分析,并对影响岸坡渗流场的主要水力参数进行了敏感性分析.分析结果表明,坡外水位升降时,坡内浸润线及其上的基质吸力场发生显著变化,进而影响岸坡稳定;水位升降过程中,岸坡安全系数的变化规律非常复杂,坡内孔隙水压力、坡外水推力和土体容重对稳定安全系数的贡献规律随水位变化而变化;土体的渗透性能和土 水特征曲线的斜率显著影响了水位升降过程中岸坡稳定安全系数的变化规律.     

降雨条件下土体边坡稳定性分析

通过GeoStudio软件中SEEP/W模块和SLOPE/W模块分别对非饱和土采用有限元法和极限平衡法进行降雨条件下的二维渗流和边坡稳定性计算。结合算例,分析了不同降雨强度、不同降雨持时对边坡稳定性的影响,以及降雨后不同持时的边坡安全系数的变化,并且在特大暴雨条件和产生存水边界条件下边坡安全系数的变化情况。结果表明:降雨强度和降雨持续时间对边坡稳定性有很大影响,雨后边坡安全系数变化过程随时间的增长而下降并趋于稳定;特大暴雨及存水边界条件下安全系数则呈现先减小后骤增再骤降再缓升,最后趋于稳定的过程。     

土钉支护结构整体稳定性的动态分析

用非饱和土强度理论建立了土钉支护整体稳定性最小安全系数的公式．运用非饱和土水分子运动方程，求解降雨入渗条件下边坡土体的瞬态体积含水量，又考虑到其与非饱和土抗剪强度的关系，分析了降雨入渗条件下非饱和土土钉支护边坡整体动态稳定性．用MATLAB计算机语言实现了遗传算法寻找非饱和土土钉支护结构最危险滑裂面和与其对应的最小安全系数的自动寻优．     

非饱和重塑黄土土-水特征曲线与渗透系数模型预测

在分析土-水特征曲线及预测非饱和土渗透系数方法的基础上,以甘肃兰州重塑黄土为研究对象,采用非饱和土固结仪,测定初始饱和度相同、干密度不同的土样的土-水特征曲线,基于拟合效果较好的Fredlund&Xing三参数方程对试验数据进行拟合.以实测的土-水特征曲线为基础,采用Childs&Collis-Geroge预测非饱和渗透系数的模型,计算得到非饱和黄土渗透系数与基质吸力的关系,结果表明:渗透系数随吸力的增大呈非线性减小,两者的关系可用幂函数表示,这为黄土地区土体工程性质的研究和预测,如降雨入渗的边坡稳定性评价、非饱和地基湿陷变形计算等提供了理论支持.     

降雨入渗条件下分层非饱和土质边坡随机反分析

基于时变数据参数随机反分析理论,采用马尔可夫链蒙特卡罗方法(Markov chain Monte Carlo simulation,MCMC法),建立了分层边坡非饱和渗流随机反分析模型.以香港东涌某天然坡地降雨入渗现场试验为案例,建立单层土和双层土非饱和渗流模型,利用DREAM算法对时变降雨条件下非饱和土渗流模型参数进行随机反演,研究了单层土和双层土模型参数后验分布和预测效果.结果表明,参数后验分布变异性较先验分布减小,与单层土模型相比,双层土模型能缩减更多的参数不确定性,校准期内置信区间更窄,验证期内预测与实测值吻合程度较高.     

渗流-应力耦合效应对非饱和土边坡稳定性影响分析

基于VG模型得到土-水特征曲线与渗透系数函数曲线,通过建立有限元数值分析模型,采用有限元软件SIGAM/W与SEEP/W分别进行渗流-应力耦合分析与只考虑渗流的非耦合分析,将得到的渗流场与应力场导入SLOPE/W计算安全系数并对土坡内应力应变进行分析,研究耦合效应对边坡稳定性影响的相关规律。结果表明,渗流-应力耦合效应使得土体中雨水下渗速度更快,土中基质吸力消散更快;降雨对土坡稳定有不利影响,耦合分析土坡安全系数比非耦合分析小,耦合效应对非饱和土边坡稳定性影响不可忽略;降雨入渗条件下,土坡浅层出现应力集中现象,湿润锋深度处出现应力集中带,土坡易发生浅层破坏;坡脚水平位移比坡顶大,土坡失稳多从坡脚开始。     

基于随机场的岩石边坡三维稳定性分析

基于随机场理论,考虑了岩石材料属性的空间变异性对岩石边坡稳定性的影响,将边坡主滑面上的摩擦系数和粘聚力视为高斯随机变量,确定了主滑面上的摩擦系数和粘聚力的均值、方差和协方差,获得了两个随机量之间的相关系数和互相关长度。在此基础上,对岩石边坡进行了三维稳定性分析,确定了岩石边坡的稳定系数和失效概率。数值计算结果表明,摩擦系数和粘聚力的空间变异性对边坡稳定性有重要影响。     

考虑土体参数空间变异性的边坡稳定性研究

为考察土体强度参数空间变异性对评价边坡稳定的影响, 以及使用概率方法评价对边坡稳定的适宜性, 以简易Morgenstern-Price法对土体参数空间变异性条件下的边坡稳定性进行了计算分析.通过Karhunen-Loève法对参数的空间协方差矩阵进行正交分解,并使用拉丁超立方抽样法和Cholesky法对空间场进行优化处理,确定了边坡土体的强度参数空间样本取值,完成了空间随机场的生成;以简易Morgenstern-Price法对参数空间变异边坡进行安全系数求解和破坏概率计算.对生成土体参数的抽样检验发现,拉丁超立方抽样和Cholesky分解共同使用后生成的抽样样本能很好地吻合目标分布.边坡稳定性计算分析显示,在抽样计算所得的边坡失稳收敛概率与Monte Carlo方法非常接近的情况下,抽样随机场能极大地降低模型达到收敛所需的计算次数,表明抽样方法用来计算边坡的失稳概率是可行的.对给定边坡的概率性失稳的研究表明：单独使用安全系数或者失效概率都无法完整地对边坡稳定性作出评价,只有同时使用两者,边坡的安全评价才会更加安全有效.     

大岩淌滑坡非饱和渗流情况下的稳定分析

对大岩淌滑坡暴雨期的非饱和渗流场进行了计算 ,同时考虑了排水的作用 ,并应用弹粘塑性有限单元法对滑坡体在非饱和渗流场作用下的稳定性进行了分析评价 .结果表明 ,有效地降低滑坡体中的地下水位 ,可以明显地提高其整体稳定性 .     

Rainfall-induced landslide stability analysis in response to transient pore pressure——A case study of natural terrain landslide in Hong Kong

Transient pore pressure in response to short intense rainfall process plays animportant role in shallow landslide occurrence. Using GIS technology, we carry out the rainfall-induced landslide stability analysis in response to transient pore pressure bymeans of transient and unsaturated rainfall infiltration modeling. A case study isperformed on the shallow landslide stability analysis in Hong Kong. Detailed analysis and discussion reached some useful conclusions on the tempo-spatial behavior andcharacteristics of slope stability response and pore pressure response to typical rainfall process. Comparison analysis is performed on some important issues including landslidestability response in different types of slopes with different hydraulic properties,antecedent rainfall and landslide stability, and the nature of pore pressure response time.These studies might give us an important insight into landslide tringgering mechanismand the hydrological process in response to rainfall, and provide systematic informationand evidences for effective risk assessment and warning system establishment.     

黄土高原边坡特征与破坏规律的分区研究

为了研究黄土高原自然边坡的特征及破坏规律,按山系与水系或水系的分水岭、地貌单元、地层岩性特征等条件,将黄土高原划分为8个区：临洮—永靖区、天水—通渭区、兰州—会宁区、陇东区、靖边—安塞区、隰县—离石区、甘泉—吉县区和汾渭区。根据极限状态边坡的4个野外判别标准,测量了8个区510个自然极限状态黄土边坡断面,分区采用指数模型回归边坡坡高与坡宽的相关关系,计算各区20、50、100m坡高的边坡稳定系数和失效概率。结果表明：黄土高原的边坡特征与破坏形式具有分区特征,且南北差异性明显。临洮—永靖区边坡坡高与坡宽呈线性关系,表明该区边坡坡度不随坡高变化,边坡稳定性受内摩擦角控制;兰州—会宁区和靖边—安塞区高坡陡,低坡缓,高坡不稳定,易发生错落式滑坡;天水—通渭区、甘泉—吉县区和汾渭区高坡缓,低坡陡,稳定性计算结果显示高坡和低坡都较为稳定,但由于地层结构和地貌的特点,高边坡易发生低速蠕变型滑坡或高速远程滑坡;陇东区边坡整体上较为稳定;隰县—离石区受黏粒含量较高的Q1地层控制,高边坡稳定性较差;50m左右坡高的黄土边坡稳定性对强度指标内聚力、内摩擦角的敏感度都高,易于失稳。     

基于Geo-Slope的非饱和土边坡稳定性分析

在边坡稳定性分析与评价时应考虑基质吸力和支护方式的双重影响。鉴于传统边坡稳定性分析中存在的问题,应用Geo--Slope软件分析了考虑基质吸力影响的非饱和土边坡稳定性。揭示了基质吸力对边坡稳定性的影响程度,同时亦分析了潜在滑移面随基质吸力的开展状况和边坡安全系数对吸力内摩擦角的敏感度。     

Temperature effects on unsaturated hydraulic property of bentonite-sand buffer backfilling mixtures

The influence of temperature on the engineered properties of bentonite-sand mixtures (B/S) is of major concern in the design of engineered barriers in underground repositories for high-level radioactive waste disposal. We experimentally studied the influence of temperature on soil unsaturated hydraulic properties related to water holding capacity and permeability of GMZ B/S in China. The vapor equilibrium method and water infiltration apparatus were used to measure the soil water characteristic curve (SWCC) and unsaturated hydraulic conductivity (ku ). The results show that the SWCC under different temperatures from 20 ℃ to 60 ℃ tends to be the same. Temperature influence on unsaturated permeability is more relevant at low suctions, no clear effect is detected below a degree of saturation of 74%, and experimental data show that temperature dependence on unsaturated permeability is small.     

基于非饱和大孔隙流双重介质模型的浸水边坡水力响应数值模拟

受地形限制,大量公路、铁路等常出现沿库与沿河线,水位变化是引起库岸滑坡的重要因素。目前边坡渗流研究多集中在非饱和均匀流,对大孔隙边坡非平衡流方面研究仍显滞后。为此,以福建省某一典型库区边坡为例,对比了水位上升时考虑非饱和渗流和非饱和大孔隙流时边坡水分场和稳定系数随时间的变化规律,并分析了水位上升速率（v）、大孔隙域水力传导系数（Ksf）、两域交界处水力传导系数（Ksa）、土粒中心至大孔隙边界距离（a）、大孔隙体积占比（wf）等对大孔隙边坡稳定系数的影响规律及权重。研究结果表明：水位上升中,非饱和渗流下边坡内部基质域含水率明显小于非饱和大孔隙渗流下边坡内部基质域含水率。非饱和渗流条件下边坡浅层向内的水力坡度明显大于非饱和大孔隙流边坡且大孔隙边坡中相同位置基质域含水率远大于大孔隙域（最大达18.9倍）。两种渗流工况下,边坡稳定系数随水位上升均呈现先减小后增大的趋势,并于同一水位（在最高蓄水位高程的一半附近）同时达到最小值。相同渗流工况下,且考虑非饱和大孔隙渗流边坡比考虑非饱和渗流边坡稳定系数更小。增加v、Ksf、a、wf或减少Ksa,坡内两域间水分交换减弱,水分将快速运移至坡体深处,引起地下水位上升,促使边坡稳定性最大降幅达17.7％。v、Ksf和wf对边坡稳定影响占权重较大且相当,Ksa和a所占权重较小且约为前者一半。     

堰塞体状态相关剪胀理论与坝体溃决演化规律研究构想（特约稿）

堰塞体一般在自然力作用下瞬间形成,堆积体具有空间结构复杂、坝料级配宽泛、稳定性差、易在水流冲刷下发生溃决等特点。堰塞体作为一种重大的水旱自然灾害,其安全评价和灾害预测是国内外学者关注的焦点,目前尚有很多问题需要解决,包括：（1）堆积体由天然宽级配土石料构成,表现出显著的状态相关性,缺乏正确描述这种宽级配堆石料的状态相关剪胀理论与本构模型;（2）堰塞体形成后,会受上游堰塞湖水位抬升、持续非稳定渗流、湖区滑坡涌浪、后期地震等外荷载作用的影响,缺乏稳定性评判的标准和方法;（3）堰塞体缺乏必要的洪水溢流设施,容易发生溃决,且溃决水流冲蚀过程呈明显的非线性特点,溃口水力要素指标呈强非恒定流特征,缺乏反映宽级配堰塞体材料冲蚀机理的溃决过程数学模型。为此,有必要采取现场勘查、多尺度物理模型试验、数值仿真等综合手段开展研究,揭示堰塞体外观形态、内部结构和材料宏观力学特性及其时空变异规律,提出状态相关（级配、孔隙比、应力水平）的宽级配堰塞体材料剪胀方程,建立能适应复杂应力路径的广义弹塑性本构模型与坝体极限平衡分析方法;开展大型水工模型试验和溃坝离心模型试验研究,揭示非恒定流作用下堰塞体材料的动态冲蚀特性与堰塞体溃口演化规律,建立非恒定流作用时溃口动边界条件下的挟砂水流冲蚀方程,提出考虑流固耦合的堰塞体溃决过程数学模型,实现堰塞体漫顶或渗透破坏溃坝全过程水流运动特征、坝料输移规律、溃口演化过程及结构失稳的数值模拟。综合可靠度理论与溃坝过程数值模拟方法,提出能考虑流固耦合的堰塞体渗流、变形、稳定和溃决过程的一体化数值仿真平台,构建堰塞体全生命周期安全评价与灾变模拟理论体系与方法,为提升我国堰塞体防灾减灾决策水平提供科学的理论与技术支撑。