降雨对滑坡形态影响的宏细观分析

进行人工降雨诱发边坡滑坡的模型试验,着重研究不同降雨强度对滑坡形态的影响。基于不同降雨强度下边坡发生滑坡的破坏过程,利用高速动态数据采集仪和孔隙水压力传感器进行孔压量测;利用土体水分传感器监测降雨过程中坡体内部含水率的变化情况,研究含水率和饱和度对滑坡形态的影响;并结合细观组构变化进行水土作用机理分析。研究结果表明:不同降雨强度下坡体发生滑坡的宏观破坏形态、孔压变化规律不同;随着降雨强度的增加,坡体滑坡形态从牵引式向推移式转化;牵引式滑坡形成机理为坡脚发生渗透破坏,坡体失去坡脚支撑作用而分层下滑;推移式滑坡形成机理为坡体上部雨水聚集导致孔压上升、土体强度降低,当下滑力大于抗剪强度时,上部土体挤压下部土体,突然整体滑动。本文研究有助于工程中对降雨诱发滑坡的预防和治理。     

不同颗粒组分下泥石流离心机模型试验研究

采用自主研发的离心机可视化试验装置,在坡度和降雨强度不变的条件下,进行降雨诱发泥石流离心机模型试验,研究不同颗粒组分对泥石流形成形态的影响。通过配置五组不同细颗粒含量的土样进行20g加速度下的离心机试验,分析宏观位移场、水分迁移、孔隙水压力等,研究不同颗粒组分下泥石流的形成机理。研究结果表明:随着细颗粒含量由10%增大至70%,泥石流破坏形态由分层滑动型破坏向整体流滑型破坏转变;不同颗粒组分下渗透系数的不同,是泥石流不同破坏形态的主要原因。     

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。     

矿山边坡水土流失过程室内模型试验

为了研究降雨入渗对矿山边坡孔隙水压力、含水量、边坡坡面形态变化的影响,以焦作市某矿山边坡的水土流失问题为例,通过人工降雨实验研究了不同压实度、坡度和降雨强度对矿山边坡水土流失的影响。通过实验进行了研究区水土流失过程模拟,结果表明:人工降雨引起浅层土体孔隙水压力和含水量增大,致使土体有效应力减小,抗剪强度降低;随着降雨的进行,水分逐渐向坡体入渗,土体含水率增大,边坡稳定性变差;雨水冲刷引起坡面冲沟发育,坡脚最先发生破坏,含水率和孔隙水压力突变;降雨强度对边坡稳定性有重要影响,坡度变化的影响不显著。     

不同入渗边界条件下简单均质砂土边坡失稳模型试验和数值模拟研究

在实践中很多边坡工程常因功能需求呈现出复杂不同的入渗边界情景,但往往易被忽视。通过开展不同入渗情景(坡顶入渗、坡面入渗、全面入渗)的室内降雨边坡模型试验,借助DIC图像技术,捕捉暴雨诱发边坡失稳破坏的初始微小变形和宏观整体渐变位移,并结合CFD-DEM数值模拟,提取暴雨诱发边坡剪切带、接触力链的渐变云图,揭示不同入渗情景下简单均质砂土边坡的失稳灾变机制。结果表明：坡顶入渗易先引发坡脚破坏,而后沿坡面向上扩展,最终导致整体滑移破坏,其前期稳定阶段较长但破坏具有突发性,破坏形态呈上宽下窄的弧形态;坡面入渗易在坡肩和坡脚首先发生塑性变形,二者不断扩展并引发牵引式滑移破坏,破坏周期较长,呈上窄下窄中间宽的弧形状;全面入渗易引发整体破坏,具有突发性、直线型特点,破坏形态呈上宽下宽中间宽的形态。3种情景中,坡顶入渗导致边坡的破坏距离和破坏深度最大,其次是全面入渗,而坡面入渗最小。在相同降雨强度下,坡顶入渗因破坏周期较短且具有突发性,要比坡面入渗更加危险。此外,边坡每次破坏后易在滑移面后边缘形成应力集中的力链拱,表明边坡破坏后会呈现出一定的自稳性。     

降雨入渗对边坡性状影响的模型实验研究

通过构建不同坡角边坡物理模型分别进行人工模拟降雨实验,对坡体进行分层监测。采用自动水份传感器测定坡体不同位置处含水率;用光纤传感器测定坡体内不同深度处应变;用压力盒测定坡体前端不同深度处推力。得到在降雨入渗作用下边坡性状的变化规律:①边坡坡体含水率、坡前推力、坡体变形在降雨期增大,雨后随时间逐渐减小。②受降雨入渗作用影响,土体含水率增长由坡面开始逐渐向下发展,坡体表层附近的含水率变化最大,底层变化最小。坡前推力、坡体变形在坡体深度方向上,由浅入深受降雨影响逐渐减弱,即表层受影响最大,底部受影响最小,这解释了降雨诱发的均质土坡破坏容易出现在浅层的原因。③受相同降雨条件的影响,20°坡角边坡模型产生变化较大,但响应较晚,而10°坡角边坡模型产生变化较小,但响应较早。     

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。     

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。     

不同降雨条件下顺层边坡力学响应模型试验研究

 为研究降雨条件对顺层边坡坡体内部力学响应特征的影响,结合叠加喷洒降雨技术和光纤光栅监测技术,开展不同降雨类型及支护条件下顺层边坡的地质力学模型试验,分析雨水入渗对于坡体位移、孔压力以及支护结构受力的影响等。试验结果表明,对于无支护边坡,在短时间暴雨条件下,位移和孔压力变化主要发生在降雨期间的坡体表层附近,坡体表层前端处雨后位移的增幅较大且孔压力的消散较快,坡体稳定性的主要影响因素是超孔压的累聚和消散;在长时间小雨条件下,位移和孔压力的影响范围逐渐向深部扩展,雨后位移仍保持较大的增长速率但孔压力消散较慢,坡体稳定性的主要影响因素是雨水入渗软化软弱夹层。相对于无支护边坡,有支护边坡的坡体位移和孔压力均显著减小,这主要是由于支护结构的施加限制坡体表面裂缝的扩展,从而减弱雨水的入渗,在总降雨量相同的情况下,短时间暴雨条件时支护结构的受力较快达到稳定,长时间小雨条件下支护结构的受力调整的速率较慢,在降雨试验结束6 h后,坡体前端推力最大值出现的位置不同,前者最大值出现在顶层,后者最大值出现在中层,且后者相应位置处的数值是前者的1.5～1.7倍。试验成果对于类似边坡工程的施工设计及加固维护具有参考意义。     

某复杂高边坡支护结构设计及变形监测分析

某复杂建筑高边坡紧邻深基坑,边坡采用锚喷支护结构和毛石挡土墙支护结构,基坑采用桩锚支护结构。在基坑开挖过程中,进行了变形和锚索轴力监测,重点对水平位移、深层土体位移及裂缝进行了监测。结果分析表明,桩锚支护结构能有效控制基坑变形,基坑呈倾覆破坏趋势,边坡呈滑动的破坏模式,且滑动面在不断扩展并形成新滑移体。降雨导致坡体易发生突发性变形,由降雨产生的边坡变形占总变形的比例可达50%以上;在支护结构全部锚索张拉锁定后,基坑开挖对坡体的变形影响较小。在边坡发生单次大变形后,软弱结构面以及岩土体的蠕变仍会形成较大坡体的变形。     

降雨入渗条件下抗滑桩加固边坡稳定性分析

采用有限差分软件FLAC~(3D)内置FISH语言编制相关程序,将边坡非饱和区渗透系数和基质吸力随饱和度的变化关系嵌入到数值计算中,实现了降雨入渗条件下边坡非饱和渗流过程的模拟,结合基于Fredlund双应力状态变量理论的强度折减法,进一步实现了非饱和边坡的稳定性分析。基于某典型抗滑桩加固边坡算例建立数值计算模型,研究了降雨入渗对边坡孔隙水压力分布及边坡稳定性的影响,并对降雨强度、基质吸力及桩顶约束形式对边坡稳定性的影响进行了参数分析。研究结果表明:降雨入渗条件下,随降雨历时增加,湿润锋线不断向坡体内部推进,基质吸力明显减小,边坡安全系数显著降低;边坡安全系数随降雨强度增大而减小,当降雨强度超过土体饱和渗透系数后,边坡安全系数随降雨强度变化不大,并趋于稳定;基质吸力对边坡稳定影响显著,考虑基质吸力时边坡安全系数明显提高;在桩顶设置预应力锚索可使桩身位移明显减小,边坡安全系数提高。     

不同降雨强度下红黏土边坡干湿循环试验研究

干湿循环过程中红黏土边坡力学参数发生了变化,红黏土边坡破坏特征和机理与一般土质边坡不同。以贵州红黏土为研究对象,采用浴霸–人工降雨模拟干湿循环,在室内制备了较大尺寸边坡模型,同时在边坡内部不同位置埋设含水率、孔隙水压力和温度传感器,分析了干湿循环下红黏土边坡力学参数演变规律和破坏机理。研究结果表明,随着深度增加,边坡土体含水率受降雨强度影响逐渐减弱,表层含水率受降雨强度影响明显。干燥期含水率呈现先增加后减小的现象。同一降雨强度下,坡脚含水率最大,其次为坡面、坡肩,最后为坡顶。表层孔隙水压力在降雨、渗透期上升,干燥期降低。降雨强度越大,温度变化幅度越大。随深度增加,边坡温度变化幅度逐渐减小。坡脚温度变化幅度较其他部位大。边坡破坏特征由溅蚀→面蚀→片蚀→裂缝→冲沟,未见明显的滑动面。     

降雨条件下边坡形态对稳定性的影响

采用有限元法对降雨过程中不同坡比和不同平台宽度边坡降雨入渗的差异进行模拟,分析不同形态边坡的降雨入渗特点。结果表明:降雨条件下坡比越大坡中的入渗速率越小、入渗深度越浅。边坡开挖平台可减弱坡脚处的破坏变形,有效释放坡中局部应力,提高边坡稳定性。降雨作用下,平台宽度越宽安全系数提升幅度越小。     

持续降雨及强降雨条件下填土边壁(坡)变形破坏特性试验研究

本文在建立相似模型的相似法则、完成填土边壁(坡)破坏模式的试验基础上,进行了持续降雨及强降雨条件下的相应试验研究.研究表明降雨将使填土边壁(坡)的破坏模式发生改变,并取折线破坏模式;前期降雨对边壁(坡)稳定性的影响,不仅取决于降雨持续期,也取决于降雨强度;当降雨量不少于574mm,持续期不短于7d时,在4d时将出现临界位移速率和临界沉降速率,且随后的2h强降雨对边壁(坡)稳定性无明显影响.     

降雨对南京方山边坡稳定性的影响分析

以方山彩蝶谷滑坡为例,研究降雨对南京方山边坡稳定性的影响。基于滑坡体的工程地质特征,确定彩蝶谷滑坡是典型的降雨型滑坡。结合南京地区实际降雨情况,选取历史降雨数据,运用二维有限元(slide)软件分析不同降雨条件对边坡稳定性的影响。彩蝶谷边坡稳定性与降雨密切相关,降雨是诱发其滑动的主要因素,降雨入渗致使坡体含水量逐渐增加,使非饱和带产生暂态饱和,暂态饱和区逐渐向下延伸,孔隙水压力不断增大,导致有效应力降低,坡体抗剪强度下降;边坡稳定性对降雨强度十分敏感,降雨强度越大,稳定性下降越快。该研究可为类似边坡工程的治理和监测预警提供参考。     

降雨与地震共同作用下碎石土边坡的稳定性分析

为研究降雨与地震共同作用条件下碎石土边坡稳定性的影响机制,通过建立楼房山隧道罐子沟端滑坡防治工程数值计算模型,分别计算并分析了降雨单独作用、地震单独作用及降雨与地震共同作用条件下边坡应力场、位移场、塑性区及剪应变增量的变化规律,从而得出3种情况下边坡稳定性的破坏机理。研究结果表明,降雨与地震共同作用下碎石土边坡的稳定性比降雨单独作用或地震单独作用时的稳定性差,更容易发生滑坡、泥石流等地质灾害。     

开挖及降雨作用下滑坡变形破坏分析

在工程建设中经常会遇到边坡开挖,研究坡体在不同开挖角度及不同降雨工况下的变形破坏规律,可以有助于我们选择最合适的开挖角度,完善方案。本文以孝感市某滑坡为例,研究该滑坡在不同开挖角度及不同降雨强度下滑坡的变形破坏规律。结果表明:随着开挖角度的减小,塑性变形有逐渐向滑坡后缘发展的趋势;滑体沿滑面相对位移随着开挖角度的减小而逐渐增大,且同一开挖角度下降雨强度的不同对滑坡位移的影响较大,成正相关变化;随着开挖角度的减小,降雨强度对滑坡稳定系数的影响逐渐变小,即开挖角度越大,滑坡受降雨影响越小。     

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.     

边坡岩体稳定性分级影响因素分析

针对目前边坡岩体稳定性分级方法考虑因素还不够全面、科学,在全面分析分级方法影响因素的基础上,首先指出影响边坡稳定性级别的因素:内因包括岩体基本条件(岩石材料强度、岩体完整性特征)、结构面相关特征(结构面类型、产状及与坡面组合关系、基本特征)、水的作用、边坡形成方式、几何形态以及破坏历史等;外因包括气候条件(降雨、降雪、温差变化等)、地震、人类活动等;然后从边坡岩体结构出发,针对不同破坏模式的边坡,采用极限平衡法分析各类岩体结构和破坏模式下的边坡基本影响因素,并采用简单、易获取的指标作为边坡岩体分级的备选指标;最后基于边坡破坏机理,提出一个完整的边坡岩体分级影响因素选择体系。这一体系为边坡岩体稳定性分级方法因素初选提供了一个参考。     

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。