考虑多参数空间变异性的降雨入渗边坡失稳机理及可靠度分析

降雨入渗边坡稳定可靠度研究大多只考虑了土体饱和渗透系数空间变异性的影响,而忽略了土体抗剪强度参数空间变异性的影响。以无限长边坡模型为例,发展了可确定不同降雨历时边坡土体含水率分布和湿润锋深度的修正Green-Ampt入渗模型,探讨了土体多参数(饱和渗透系数和抗剪强度参数)空间变异性与降雨入渗相互作用下的边坡失稳机理,进而比较了不同降雨历时下的边坡失效概率。结果表明:考虑土体饱和渗透系数变异性时,降雨初期较小的饱和渗透系数变异系数对应较小的边坡失效概率,但随着降雨历时的增加,较小的饱和渗透系数变异系数反而对应更大的边坡失效概率。此外,降雨初期土体抗剪强度参数空间变异性引起的滑动面位置不确定性是影响边坡稳定性的关键因素。边坡除了会沿湿润锋附近和不透水层处失稳,还可能沿因抗剪强度参数空间变异性引起的软弱带处失稳,故考虑抗剪强度参数空间变异性对应的边坡失效概率更大。相比之下,降雨后期湿润锋的推进是影响边坡稳定性的关键因素,此时不管是否考虑了抗剪强度参数空间变异性边坡都主要沿湿润锋附近失稳,获得的边坡失效概率相近。     

连续强降雨对边坡稳定性影响分析

降雨是诱发边坡破坏的重要因素之一,在连续强降雨作用下,降雨入渗导致边坡的孔隙水压力及基质吸力的减小,地下水位线的抬升,水与边坡结构的相互作用,会对边坡的稳定性产生不利影响。基于边坡分析的饱和—非饱和理论和边坡稳定性理论,运用Geo-studio软件模拟了3d时间内连续强降雨300mm情况下湖北武汉某隧道出口处边坡孔隙水压力和安全系数的变化特征,预测了边坡的稳定性变化情况。强降雨引起边坡的剪切力强度减小,导致边坡的安全系数降低,应采取防护和加固措施避免强降雨引起边坡发生破坏。     

不同前期降雨与土–水特征曲线对边坡稳定的影响

以一均质边坡模型为例,研究了在土–水特征曲线(SWCC)中当土体饱和渗透系数保持不变,而其它参数变化情况下,不同前期降雨类型对边坡稳定的影响。结果表明:边坡稳定受土–水特征曲线参数不同程度的影响,其中进气值a对边坡稳定的影响最大,n值的影响相对较小。在不考虑主降雨情况下,当a值较小时,前期降雨主要引起边坡表层孔隙水压力的变化,对边坡安全系数影响并不大;当a值较大时,前期降雨的影响范围增大,甚至使地下水位抬升,对边坡安全系数影响较大,且后锋型前期降雨影响最大。考虑有主降雨情况下,当a值较小时,前期降雨类型对主降雨阶段边坡稳定几乎没有影响;当a值较大时,前期降雨类型将导致主降雨开始时刻孔隙水压力分布差异很大,进而导致主降雨阶段边坡最小安全系数差别很大;n值越大,边坡孔隙水压力受到的影响越大,从而导致主降雨阶段边坡最小安全系数也更小。     

无限长均质斜坡降雨入渗解析解

降雨是导致边坡失稳的最主要的环境因素,研究降雨入渗对边坡稳定性的影响,关键和难点是计算降雨入渗在边坡土体中引起的渗流场。采用Fourier积分变换分别对降雨强度小于和大于土体饱和渗透系数情况下的斜坡入渗解析解进行了推导,并给出了这两种情况下斜坡入渗解析解的统一表达式。该解不仅能反映非饱和土特性及斜坡的影响,还能反映当降雨强度大于土体饱和渗透系数时,坡面边界由流量边界转化为水头边界的动态变化过程,便于更全面地对降雨情况下斜坡的入渗规律进行研究。通过与有限元软件的计算结果进行对比,证明该解是稳定可靠的,且其形式简单,计算效率高;该解可精确计算坡面积水时间及任意时间点及空间点的孔隙水压力值,并用于评估降雨入渗对非饱和土斜坡稳定性的影响。     

强降雨条件下浙江武义平头村山体高边坡稳定性分析

 基于饱和–非饱和渗流理论,综合考虑降雨入渗引起土体重量增加、渗透力增大以及抗剪强度降低等因素的影响,建立降雨条件下边坡稳定性分析有限元数值模拟模型,并开发出相应的计算程序USLOPE-FEM。以浙江武义平头村山体高边坡为例,研究强降雨入渗条件下边坡的瞬态渗流场与稳定性,根据获得任意时刻各节点的压力水头、应力和位移等,并分析强降雨中边坡的稳定性。研究结果表明,未降雨时,该边坡基本处于稳定状态;连续强降雨24 h,坡体浅层含水量显著增加,表层出现饱和区且零压面逐渐向内部推移,从而诱发局部滑塌,与实际发生的局部滑塌部位一致,由此验证了有限元分析模型和计算程序的可靠性。上述研究结果为强降雨条件下边坡稳定性分析与安全性评价提供了一般的技术思路和参考经验,也为该边坡的失稳预警与滑坡防治准备了必要的基础资料。     

强降雨下元磨公路典型工程边坡稳定性研究

根据饱和非饱和降雨入渗有限元模拟技术和非饱和土强度理论,研究考虑非饱和区强度变化及饱和区渗透力影响的降雨过程边坡稳定性强度折减分析法.将此方法应用于元磨公路K261段典型滑坡体工程边坡,进行降雨过程边坡变形情况及稳定性变化分析.分析结果表明:在强降雨条件下,地表水入渗将直接导致非饱和区范围缩小、压力水头升高及局部暂态饱和区出现;考虑非饱和区强度变化及饱和区渗透力影响,降雨入渗时边坡稳定性将明显下降;现实施的抗滑桩、预应力锚索等加固结构对提高工程边坡稳定性有重要作用,但目前边坡稳定程度仍处于较低的安全裕度状态;连续降雨同时存在地震的极端条件,边坡可能再次失稳滑移.加强坡面防渗坡体排水对提高边坡稳定性具有重要作用.为确保工程边坡长期稳定,建议在6级工程边坡平台位置局部增设预应力锚索抗滑桩.     

降雨条件下坡积土边坡暂态饱和区形成机理及分布规律

降雨是引起坡积土边坡失稳的最常见外部因素之一.雨水的入渗在引起土体抗剪强度参数降低的同时,还将导致土体重度的增加、基质吸力的降低,最终造成边坡的失稳.开展雨水在边坡内部的渗流过程研究已成为分析边坡在降雨条件下稳定性的前提.基于有限元数值模拟方法,进行了雨水在土体中渗流过程的模拟,着眼于降雨条件下边坡暂态饱和区的形成、分布及消散特征,描述了该过程中边坡内部含水率、基质吸力、水力梯度的变化规律.结果表明:暂态饱和区形成的主要原因是土体中向湿润锋下方渗出的雨水量小于降雨入渗补给量,从而使得土体中的含水率累积升高;暂态饱和区的形成与降雨强度、降雨时间具有十分密切的关系,暂态饱和区形成时间、雨水入渗深度、土体表面体积含水率大小分别与降雨强度存在函数关系;清晰描述了暂态饱和区形成-发展-消散-地下水位升高的全过程,从该过程看,边坡排水措施的设计值得思考.     

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。     

两种降雨模式下基坑渗流及稳定性研究

基于非饱和土渗流及抗剪强度理论,采用瞬时暴雨和连阴雨两种降雨模式,利用MIDAS有限元软件对西安桩锚支护的深基坑边坡进行渗流分析,探讨在不同降雨模式下边坡土体负孔隙水压力消散规律,结果表明,短时间暴雨只会在边坡表层形成一个暂态饱和区,深层土体基质吸力变化不大,而连阴雨会逐渐渗入土体,导致边坡土体饱和;同时,利用得到的孔隙水压力导入边坡稳定分析荷载中,采用强度折减法对边坡进行稳定分析,表明连阴雨对边坡安全系数及支护结构内力的变化影响较大。     

裂隙边坡降雨入渗及稳定性分析

为探讨降雨条件下裂隙边坡的渗流及稳定性,选取典型斜坡体的概化模型为研究对象,基于岩土体饱和-非饱和渗流理论,模拟不同裂隙深度和降雨时效下边坡土体孔隙水压力分布及稳定性变化。研究结果表明,坡体裂隙的存在导致雨水迅速入渗,改变了坡体水流的入渗过程和路径;裂隙周围土体孔隙水压力急剧增加,土体有效应力减小,导致土体强度降低;不同深度的裂隙边坡在相同降雨强度下,裂隙越深,边坡稳定性系数下降越快,即越易失稳。     

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。     

降雨入渗条件下土质边坡的稳定性分析

降雨对边坡的稳定性具有重要影响。在降雨作用下,土坡中的饱和度及含水率增加,基质吸力减小,而水、气压力的变化又影响着土体骨架的变形。文章基于饱和–非饱和渗流分析及强度折减法,对降雨作用下的土质边坡进行了固体和流体的耦合分析及不耦合分析,研究了饱和渗透系数及降雨强度对边坡安全系数及滑面位置的影响,并分析了安全系数及滑面位置与时间的关系。研究表明:土体的饱和渗透系数对边坡的稳定性影响很大;对于渗透性较好的土体,降雨强度越大,在降雨作用下边坡的安全系数变化程度也越大,安全系数降低及恢复的速度也越快;对于渗透性较差的土体,降雨强度对边坡稳定性的影响有限;在相同的计算条件下,不耦合分析对应的安全系数小于耦合分析的相应值;在不同强度的降雨作用下,滑面位置变化的范围有所不同,不耦合分析的滑面位置变化范围主要出现在坡肩,而耦合分析的滑面位置变化范围主要出现在坡脚。     

降雨对非饱和黄土边坡含水量变化规律分析

首先确定了非饱和黄土的土-水特征曲线和渗透系数-基质吸力关系曲线及其参数,进一步通过非饱和渗流计算,研究了降雨对非饱和黄土边坡含水量的影响.揭示出坡高对边坡土体含水量分布影响较小,但边坡含水量增大区域随坡高的增加而增加.坡度越陡,降雨引起的坡体浸润区深度增加越大,不利于边坡稳定.土体干密度增加,降雨增湿区域变小,边坡稳定性较好.随初始含水量增加,降雨入渗区域和区内土体含水量增加.降雨历时越长,入渗深度不断增加,边坡土体湿软区不断增加,对边坡稳定性影响较大.在干旱半干旱地区,土体含水量较少,降雨入渗时边坡浸润区大小和含水量都增加缓慢,有利于边坡抵抗降雨入渗;在湿润地区,土体含水量较高,降雨入渗时边坡浸润区大小和含水量都增加较快,不利于边坡抵抗降雨入渗.     

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。     

膨胀土边坡渗流数值模拟及稳定性分析

采用有限元软件(Seep/W和Slope/W)开展一系列瞬态渗流和极限平衡分析,研究不同降雨强度与历时对膨胀土边坡渗流场的影响,分析降雨强度及历时、不同坡比和坡高等因素对边坡稳定性的影响,分析其浅层破坏的原因。结果表明:必须考虑风化裂隙导致浅表层土体渗透系数增大对膨胀土边坡渗流场的影响;降雨强度及历时对边坡土体孔隙水压力分布影响显著,相同降雨强度条件下,历时越长,影响深度越深、范围越大,孔隙水压力变化越大;相同历时条件下,持续降雨强度越小,影响深度越浅、范围越小,孔隙水压力变化越小;安全系数随降雨强度的增大,其下降速率越快,达到破坏所需的时间越短;边坡浅层达到饱和时,坡高及设置平台对边坡安全系数影响不大,均发生浅层破坏;安全系数随坡率的增大而增大,但对某些膨胀土边坡而言,采用放缓坡率的做法并不可取。     

降雨和开挖对滑坡力学性能影响的试验分析

为了揭示触发因素对滑坡成灾机制和运动规律的影响,在相同地质条件下,开展降雨和开挖导致滑坡的现场试验,分别对比了降雨型滑坡和开挖型滑坡的滑面形态与土体强度指标,以及二者的变形破坏情况。结果表明:1在相同正应力情况下,降雨型滑坡试块的剪切强度小于人工开挖型滑坡试块的剪切强度,说明降雨对于边坡岩土体性质的劣化影响要大于开挖扰动的影响;2降雨对于土体的内摩擦角的影响较大,而开挖对于土体的粘结力的影响较大;3降雨导致其边坡土体的强度降低较为明显,土体的稳定性降低程度较大,从而降雨型滑坡的变形速率大于开挖型滑坡的变形速率。开挖型滑坡启动较快,突发性强,危害性大,降雨型滑坡启动较慢。     

强降雨条件下含软弱夹层粘性土坡稳定性分析

为了分析含软弱夹层粘性土坡在强降雨条件下的稳定性,结合某失稳边坡工程现场实际调研资料,基于饱和非饱和渗流与非饱和抗剪强度理论,提出了一种新的含软弱夹层粘性土坡稳定性分析方法,并利用该方法分析了强降雨条件下边坡的渗流特性及安全系数变化规律。分析结果表明:降雨入渗先在边坡软弱夹层内形成暂态饱和区,且当坡顶入渗的雨水未渗流至软弱夹层时,夹层内暂态饱和区中的雨水会沿夹层上表面向着坡顶方向渗流;降雨入渗过程中,边坡基质吸力与铅直有效应力之间存在严格的正相关变化关系;随着降雨历时的增加,塑性区首先在软弱夹层内部贯通,然后向坡顶扩展,边坡安全系数逐渐降低;降雨停止一段时间后,由于坡顶入渗雨水的补给,软弱夹层内局部将仍存在暂态饱和区,此时,塑性区面积会由坡顶向软弱夹层内部减小,再由夹层内部至坡面逐渐缩减,但边坡安全系数并未明显上升;根据数值计算结果可将粘性土坡失稳过程分为夹层软化、夹层挤压、拉伸裂缝、坡顶沉降和断裂滑移等5个阶段。因此,为了降低强降雨对边坡稳定性的影响,在含软弱夹层粘性土坡支护设计时应着重考虑边坡排水系统的合理布设。     

媒体重头文章概览

<正>《土木建筑与环境工程》02/2017降雨条件下坡积土边坡暂态饱和区形成机理及分布规律降雨是引起坡积土边坡失稳的最常见外部因素之一,开展雨水在边坡内部的渗流过程研究已成为分析边坡在降雨条件下稳定性的前提。本文基于有限元数值模拟方法,进行了雨水在土体中渗流过程的模拟,着眼于降雨条件下边坡暂态饱和区的形成、分布及消散特征,描述了该过程中边坡内部含水率、基质吸力、水力梯度的变化规律。结果表明:暂态饱和区形成的主要原因是土体中向湿润锋下方渗出的雨水量小于降雨入渗补给量,从而使     

考虑潜蚀影响的降雨入渗边坡稳定性分析

在降雨入渗作用下土坡内细颗粒会随渗流发生运移产生潜蚀作用。通过联立颗粒运移方程与非饱和土渗流方程,结合非饱和土水力特性方程和土体潜蚀本构关系,建立了渗流潜蚀耦合的边坡稳定性分析模型。采用有限元方法模拟了降雨入渗作用下潜蚀和入渗的相互作用,分析了初始饱和渗透系数、进气值参数对入渗和边坡稳定性的影响。结果表明：潜蚀主要发生在湿润锋范围内浅层土体,潜蚀加速了湿润锋下行速度,进一步降低边坡稳定性;饱和渗透系数、进气值是影响渗流潜蚀作用的主要因素;当降雨入渗强度大于饱和渗透系数时,饱和渗透系数越大,潜蚀对入渗和边坡稳定性的影响越显著;进气值越小,潜蚀作用对入渗和边坡稳定性的影响越显著。     

裂隙诱导各向异性对边坡降雨入渗的影响

裂隙破坏了土体的完整性,使土体渗透性在不同方向上呈现出明显差异,从而显著地影响了边坡降雨入渗规律。为了揭示裂隙诱导各向异性对边坡降雨入渗的影响规律,利用Seep/W软件进行了数值模拟分析,分别就各向异性方向、各向异性程度、各向异性分布区域等因素进行了讨论。最后结合工程实例分析了计算结果的合理性。结果表明:裂隙诱导各向异性方向、各向异性程度、各向异性分布等因素均对边坡降雨入渗有一定的影响,在边坡排水设计与稳定分析时须予以考虑,降雨强度大于顺裂隙方向渗透系数时,裂隙诱导各向异性的影响才会表现出来。裂隙诱导各向异性主要影响降雨初期渗流场,随降雨历时增大,裂隙诱导各向异性的影响逐渐减小,长历时降雨条件下可不考虑这种影响。