降雨模式对土质边坡稳定性的影响

降雨是诱发边坡失稳的重要因素。通过数值模拟分析降雨入渗规律,基于饱和-非饱和理论和边坡稳定性分析理论,在相同降雨量和相同历时的4种降雨模式(减弱型,增强型,集中型,平均型)下,运用Geo-studio软件模拟了土质边坡不同部位孔隙水压力随时间的变化规律和边坡稳定安全系数随时间的变化曲线,结果表明:降雨模式对土质边坡降雨入渗规律和稳定性有显著的影响,减弱型降雨模式对土质边坡内孔隙水压力的变化影响最大;在减弱型降雨模式下边坡稳定安全系数下降最快,集中型和平均型次之,增强型下降趋势平缓;坡脚的孔隙水压力变化较坡中部和坡顶的大,离边坡表面深度越大降雨对土体孔隙水压力影响越明显。     

降雨条件下水电站弃渣场边坡渗流特性及其稳定性分析

降雨条件下水电站弃渣场边坡稳定性是工程设计人员重点关注的问题。为研究降雨条件下水电站弃渣场饱和-非饱和渗流特性及其边坡稳定性,文中利用SEEP/W与SLOPE/W模块进行耦合计算,采用非饱和渗流分析方法对降雨条件下桐子林水电站弃渣场边坡稳定性进行研究分析。数值模拟结果表明:降雨条件下,渣体内部含水率不断增加,孔隙水压力逐渐增大,随着降雨的持续,渣体表面部分区域会形成暂态饱和区,在坡体表面形成正的暂态水压力,孔隙水压力变为正值;降雨入渗导致渣体基质吸力减小,渣体抗剪强度参数不断降低,渣体边坡安全系数不断减小,边坡稳定性下降,雨停之后边坡安全系数趋于稳定;采用参数折减法计算暴雨工况得到的渣体边坡稳定系数偏小,结果相对偏于保守。     

锦屏一级水电站左岸边坡渗流计算及稳定性分析

基于锦屏一级左岸高边坡基本工程地质条件,深入研究了边坡岩体的渗透特性.结合雾化降雨试验资料,利用非饱和渗流有限元方法,计算并得出了边坡雾化雨条件下渗流场的变化规律:雾化雨将显著抬高边坡浅层地下水水位,在边坡平缓处和坡脚处会出现暂态饱和区;不考虑防排水措施时,坡脚最大水位升幅在135 m左右,暂态饱和区水平深度在20～40 m之间;边坡上部压力水头受影响的水平深度在80～100 m,深部渗流场几乎不受降雨入渗影响;坡面防水和坡体排水措施可有效抑制地表入渗引起的压力水头升高和暂态饱和区范围扩大.同时借鉴非饱和强度理论运用Sarma法分析了雾化雨对边坡稳定性的影响.降雨条件下浅部滑动模式稳定系数由1.223降至1.054;深部滑移模式则由1.455降至1.416.渗流及稳定性研究成果可供雾化区边坡渗控和锚固工程设计参考.     

不同降雨工况下红黏土边坡持水响应规律与稳定性分析

以江西区域内典型红黏土边坡为研究对象,基于岩土非饱和渗流理论,建立红黏土边坡有限元计算模型,对4种典型降雨工况下红黏土边坡稳定性进行分析。结果表明,降雨强度、降雨持续时间均是影响红黏土边坡稳定性的重要因素;前期为常态时,边坡各参数指标均维持在初始稳定状态;降雨开始后,边坡安全系数呈减小态势,岩土体强度和稳定性降低,边坡中土体的孔隙水压力变大,体积含水量升高;越接近地表的土体降雨入渗响应越强烈,边坡不同位置处土体的降雨入渗影响程度依次为:坡肩>坡顶>坡面>坡脚>坡底;降雨入渗和互渗过程具有明显的滞后性,越靠近地表,孔隙水压力短期内变化越明显;土体干湿循环对边坡稳定性整体表现为负作用,且作用效果不可逆。     

降雨入渗条件下边坡的稳定性分析

把降雨入渗条件下的边坡稳定性问题转化为图论中的最短路问题,基于饱和-非饱和渗流有限元计算得到的应力场和渗流场来计算边坡的最危险滑动面及其安全系数,在降雨入渗过程中,考虑基质吸力对滑动面抗剪强度的影响,采用修改的Mohr-Coulomb破坏准则来计算非饱和边坡的抗剪强度。降雨入渗过程及其对边坡力学行为的影响采用一个二维的有限元渗流-应力耦合程序进行分析,研究降雨入渗过程对边坡的孔隙水压力、位移以及安全系数的影响,计算结果表明,在降雨入渗过程中,边坡的安全系数在不断减小,降雨停止之后,边坡的安全系数还会持续减小一段时间,随着排水的不断进行,边坡的安全系数又会逐渐增大。     

考虑暂态饱和区的边坡稳定性极限平衡分析方法

降雨入渗导致边坡表层出现暂态饱和区并形成暂态水压力。为了研究暂态水压力对边坡稳定性的影响,通过文献研究,总结归纳了边坡暂态饱和区存在形态类型及暂态水压力分布特点,并定义了暂态水压力分布比例系数。基于费伦纽斯条分法,改进了条分假定,提出了考虑条块侧向已知水荷载影响的安全系数计算方法,推导了边坡潜在滑动面位于暂态饱和区与非饱和区两种情形下的安全系数计算公式,编写并验证了可以考虑暂态水压力影响的边坡稳定性分析程序,并进行算例分析。研究表明:边坡安全系数随暂态饱和区厚度的增大而减小,超过一定深度后安全系数将基本维持不变;暂态饱和区厚度相同条件下,暂态水压力分布系数越大边坡安全系数越小;随着暂态饱和区厚度增加,边坡最不利潜在滑动面位置深度呈现减小→增加→减小→增加的变化规律;由于忽略了条间荷载影响,传统费伦纽斯条分法安全系数计算值偏大。     

基于非饱和－饱和渗流的降雨入渗边坡稳定性分析

对于雨水入渗导致的土质边坡稳定性问题,基于土质边坡非饱和－饱和渗流和ＤＰ５本构模型,引入非饱和土的基质吸力分量、抗剪强度方程和渗流方程,进行了非饱和－饱和渗流场与应力场耦合的边坡稳定性数值分析。结果表明:降雨入渗后,在土体历经由非饱和状态向饱和状态转变的过程中,土体的重度增加导致附加应力增加,饱和度增大致使基质吸力减小,渗流与应力的耦合作用增大了边坡的不稳定性;边坡滑移破坏开始在饱和的表层区域出现,滑移破坏从浅层渐近向深层发展;塑性破坏在坡脚部分最先出现,由坡脚逐渐向坡顶延伸,最后塑性区域贯通并扩大,造成边坡失稳。研究结果可为工程实践提供有效实用的依据和方法。     

降雨条件下膨胀土裂隙边坡深层浅层滑坡渗透稳定性分析

为研究裂隙膨胀土在平均型降雨条件下的渗流特性以及稳定性的变化规律,利用Geo-slope软件建立了裂隙膨胀土有限元模型,对不同位置及不同深度的裂隙进行了模拟,得到了孔压以及安全系数的变化规律。结果表明:上部和中部裂隙土边坡孔压呈现明显的"分层"效应,下部裂隙土边坡孔压呈现线性增大的规律;下部浅层滑动面安全系数变幅大于上部浅层,深层滑动面安全系数变化不大;安全系数总体上呈现降雨时逐渐减小,停雨后逐渐增大的趋势,裂隙深度为2m时的边坡安全系数要大于裂隙深度为4m的工况。研究成果为裂隙膨胀土边坡的失稳机理的认识及安全防护提供了相应的参考。     

不同降雨条件下非饱和土边坡稳定性分析

针对广东某高速路堑边坡,研究不同降雨强度、历时以及不同坡面入渗量对边坡稳定性的影响。研究表明：当雨强越接近土体的饱和渗透系数时,边坡的安全系数越小;当雨强小于土体的饱和渗透系数时,长历时的降雨对边坡稳定性的影响小;等强型降雨条件下,非饱和土边坡在降雨结束后1～3ｄ安全系数达到最小。加固后的路堑边坡应强化并保持坡面阻水能力,否则可能出现非加固区浅表层滑塌。     

含缓倾软弱夹层矿山高边坡降雨渗流特性研究

为探究缓倾软弱夹层对矿山高边坡降雨渗流特性的影响,以西南地区典型的石灰石矿山高边坡为例,结合现场实际的工程地质与水文地质条件,建立了含缓倾软弱夹层矿山高边坡的降雨渗流模型。基于饱和-非饱和渗流理论,模拟了边坡在最大降雨量条件下降雨和雨后两个时间段雨水的浸润过程,揭示了边坡孔隙水压力的动态变化规律。研究结果表明:软弱夹层作为一种隔水层,改变了雨水浸润曲线的形态及降雨的渗流路径,浸润曲线呈现V字型结构,渗流路径由垂直入渗改为沿软弱夹层上表面渗流;在降雨和雨后两个时间段,上部裂隙风化岩体的孔隙水压力先增后减,但始终为负值;软弱夹层上表面会产生雨水积聚,孔隙水压力先增大到正值随后逐渐减小,孔压减小的时间相对于降雨时长具有滞后性,即孔压在雨停后一段时间才开始降低;坡脚处的孔隙水压力在降雨和雨后两个时间段始终呈增大之势;由于软弱夹层良好的隔水性,软弱夹层内部及边坡底部灰岩的孔隙水压力并无太大变化。研究结果可为揭示类似地质条件下边坡的降雨渗流规律提供有益参考。     

基于水—气二相流模型的土坡稳定性分析

为了研究孔隙气压力和负孔隙水压力在土坡稳定分析中所起的作用,基于多相流理论建立水-气二相流模型,利用此模型对稳定渗流情况和降雨情况下的土体边坡内水相和气相的渗流状态进行模拟,根据模拟得到的孔隙气压力和孔隙水压力值求出土坡安全系数。计算结果表明,土坡非饱和区负孔隙水压力的存在较大地提高了土坡稳定性,在稳定渗流情况下,孔隙气压力对土坡稳定的影响可忽略,在降雨情况下,非饱和区产生的孔隙气压力使得安全系数减小,滑动面与地下水位的距离越大,非饱和区的孔压对土坡稳定的影响越大。     

THE ROLE FORE AIR FLOW IN SOIL SLOPE STABILITY ANALYSIS

In order to investigate the effect of the pore air flow in the soil slope stability analysis, a water-air two-phase flow model, based on the multi-phase flow theory, is proposed and with the model, the water-phase and air-phase seepages of the soil slope in the stable seepage and rainfall situations are simulated. The soil slope safety coefficients are obtained according to the simulated pore air pressure and pore water pressure. The calculation results show that in the stable seepage situation, the influence of the pore air pressure on the soil slope stability can be neglected, while in the rainfall situation, the pore air pressure generated in the unsaturated zone will reduce the safety coefficient, and the larger the distance between the slip surface and the underground water level is, the greater the influence of the pore air pressure on the soil slope stability will be.     

考虑孔隙气压力影响的边坡稳定分析

降雨入渗过程中孔隙气压力变化是影响边坡稳定的重要因素,为了分析这种影响,提供一种考虑孔隙气压力影响的边坡稳定分析方法。首先基于水气两相流的理论与方法,计算降雨入渗下坡体的孔隙水压力、孔隙气压力和饱和度的分布,并获取降雨入渗过程中孔隙气压力引起的荷载变化量。而后,结合非饱和土抗剪强度理论及剩余推力法,将孔隙气压力引入到边坡稳定分析中,并以谭家河滑坡为例模拟分析考虑孔隙气压力对边坡稳定的影响。结果显示,降雨导致坡体表层趋于饱和,在坡表与滑带之间的孔隙气压变化较为敏感,而沿滑床向深层方向传递过程中孔隙气压发生衰减;坡体表层饱和区孔隙水压力通过孔隙气向坡脚传递,形成沿坡脚方向的孔隙气压力梯度,增大了滑体的下推力。结果表明,在相同的渗流条件下,考虑孔隙气压力的影响使同一滑动面上的安全系数降低,对边坡稳定分析不利。该方法在坡体濒临失稳时考虑孔隙气压力作用影响显著,对反映某些具体工程滑坡现象更加符合实际。     

考虑降雨入渗条件的植被边坡稳定性评价

为了研究降雨对植被边坡稳定性的影响,利用改进的Green-Ampt模型,在考虑植被水力作用和饱和区径流基础上,推导出了降雨入渗条件下植被边坡的湿润锋深度计算公式,并采用极限平衡法计算出了植被边坡不同潜在滑动面上的抗滑稳定安全系数,对多层非饱和土植被边坡稳定性进行分析评价。结果表明:考虑植被水力影响和饱和区径流的多层非饱和土植被边坡的入渗模型,更加实用,可更加准确地对降雨作用下植被边坡进行稳定性评价;湿润锋深度随着降雨的持续时间增加而增大,浸润锋经过土层交界处时出现突变现象,根系粉质砂土层的湿润锋深度增幅小于粉质砂土层的湿润锋深度增幅的1.5%~11.8%;4个潜在滑动面处的抗滑稳定安全系数在降雨早期随着降雨持续时间的增加而逐渐减小;粉质砂根土复合层的抗滑稳定安全系数比粉质砂土层的抗滑稳定安全系数提高了12.3%~35.5%;根土层与土层交界面处不易发生失稳破坏,而土层与土层交界面处的抗滑稳定安全系数会出现急剧变化,易发生失稳破坏。     

黏土心墙坝库水位骤降联合降雨上下游坝坡渗透稳定性数值模拟

为研究库水位骤降联合降雨情况下某黏土心墙坝的渗流特性以及稳定性规律,利用Geo-studio软件,对库水位骤降、不同强度降雨以及降雨发生在库水位骤降的不同时刻下的某黏土心墙坝的渗流特性以及上下游坝坡的稳定性规律进行了数值模拟。计算结果表明:(1)库水位骤降工况下孔压降低152%,上游坝坡安全系数先减小12.8%,后略有增大,下游坝坡则增大0.5%,库水位下降速率越大,孔压下降越快,上游坝坡安全系数下降越快,最小安全系数越小,下游坝坡安全系数上升越快;(2)降雨工况下孔压先平均增大2.1%后降低至初始水平,安全系数则先减小0.3%后增大至初始水平,降雨强度越大,孔压上升的幅度越大,最小安全系数越小;(3)降雨发生在库水位骤降不同时刻下,孔压呈现先减小后保持不变,在降雨时刻呈现突然上升的趋势,上游坝坡安全系数先减小后维持不变,下游坝坡安全系数先增大后保持不变,在降雨时刻突然下降,降雨发生在库水位下降结束时刻安全系数最小。     

基于点稳定系数法的非饱和河岸边坡稳定性分析

河岸边坡的整体稳定性计算,无法定量反映水位变化对边坡各部位局部稳定性的影响。基于点稳定系数法与非饱和土力学理论,运用非饱和流固耦合模型进行河岸边坡的稳定性数值分析。以某大型模型试验为例,通过绘制边坡在水位升降作用下各时段所对应的点稳定系数分布云图,揭示边坡的破坏原因与内部稳定性变化过程,并与实际观测结果进行对比。研究表明:点稳定系数法能合理地描述河岸边坡各位置的稳定性及其动态变化,与实际吻合良好;边坡临空面稳定性较低,水位缓慢上升将导致有效应力降低及非饱和区基质吸力丧失,易诱发浅层失稳;水位下降形成的动水压力,是导致边坡稳定性下降的主因,坡脚处最易失稳,致使边坡发生牵引破坏;边坡内部点稳定系数随水力梯度的增大而降低,非稳定区分布面积随水力梯度的增大而增大,并主要分布于浸润线以下、坡脚以上。研究成果为此类边坡的稳定性评价及治理提供了一定的科学依据。     

降雨条件下浅层滑坡渗流模拟与稳定性探讨

为探讨降雨条件下浅层滑坡的渗流情况和稳定性评价方法,采用了geo studio软件的seep/w、slope/w模块以及规范折线法进行研究。结果表明:在模拟的降雨强度和持时下,随着降雨的不断持续,坡体内负孔隙水压力线逐渐消失,孔隙水压力增大;坡体不同位置基覆界面处孔隙水压力值随降雨时间的持续,表现出坡底和中部变化较大,坡顶变化较小;而不同位置坡体表面孔隙水压力随降雨时间的持续大致趋于同一个稳定值;坡顶表面垂深6 m内孔隙水压力变化较大,6 m以下变化微弱。对比2种稳定性评价方法,得到边坡在天然工况下处于稳定状态,在暴雨工况下逐渐趋于不稳定状态。     

连续降雨下黄土陡坡开裂及稳定性评价

连续降雨导致边坡失稳破坏是黄土边坡常见的地质灾害之一。为了深入研究连续降雨对黄土陡坡渗流场、变形场及稳定性的影响,利用具有侧向隔渗和纵向减阻作用的隔离槽技术对黄土陡坡的两侧降雨边界进行处理,在此基础上开展黄土陡坡现场连续降雨（6 d）试验并进行数值模拟分析,描述了黄土陡坡开裂过程和特征,分析了坡体含水率和孔压响应,并探讨了裂缝对陡坡稳定性的影响。结果表明：边界隔离会导致连续降雨陡坡坡顶形成近乎横向贯通的裂缝,基本消除了局部降雨以外土体的边界约束效应;连续降雨后期陡坡开裂对坡体含水率及孔压分布产生较大影响,最大含水率及孔压中心以裂缝为竖向对称轴下移,并造成降雨结束4 d后水分总下渗深度为降雨期间的1.3倍;连续降雨导致陡坡的安全系数降低了58%,而降雨结束4 d后陡坡的安全系数提升了9%,降雨期间边坡开裂极易引发陡坡上半部滑坡。研究结果可为黄土地区边坡的降雨灾害防治提供参考。     

非饱和-饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响研究

土质边坡在降雨条件下发生的破坏失稳与土体的非饱和-饱和状态变化存在必然的内在关联。考虑土质边坡的非饱和-饱和状态变化,以此建立非饱和土抗剪强度与基质吸力之间的函数关系,并结合基质吸力的理论分布规律,运用非饱和土边坡的稳定性分析方法研究边坡安全系数,分析土体由非饱和状态向饱和状态的转变过程中边坡安全系数的变化规律。结果表明,雨水入渗使得土体由非饱和状态向饱和状态进行转变;在坡脚处最先出现塑性区,并逐渐向坡顶发展,直至形成贯通塑性区而使土体破坏;土质边坡的滑移面由浅层滑移向深层滑移发展;结合不同的入渗深度下边坡的瞬态安全系数值的变化规律,能够量化计算边坡失稳的临界入渗深度值,为实际工程提供合理的判断依据。     

基于水气二相流的边坡降雨入渗有限元分析

为揭示边坡降雨入渗基本规律,基于水气二相流理论,以三峡库区大坪滑坡为例,采用有限单元法分析边坡降雨入渗水气运动规律。结果表明:根据水气流入、流出的方向不同,坡表可分为吸入区和溢出区,通常坡体上部为水、气吸入区,下部为水、气溢出区;水、气进出坡表的总速率受降雨特性、坡面产流情况、气温变化等外在因素的影响较小,具有相对稳定性;在坡表吸入区,当降雨强度大于水气入渗总速率时,入渗强度等于水气入渗总速率,吸入区产流;反之,入渗强度等于降雨强度,吸入区不产流。此外,坡表饱和区水压力可通过孔隙气传递到地下水面,增大地下水的压力水头,不利于坡体稳定。