不同雨型条件下非饱和土边坡渗流及稳定分析

为探讨不同降雨等级下不同雨型对非饱和土边坡渗流及稳定性的影响,基于降雨入渗渗流理论,运用Geostudio有限元软件研究非饱和土边坡在中雨、大雨、暴雨降雨等级下分别历经前峰型、均匀型、后峰型、阶梯型4种不同雨型的孔隙水压力及安全系数的变化规律。结果表明,在相同降雨等级下各雨型对孔隙水压力的变化速率呈现不同的变化规律,即前峰型呈上凸型,均匀型呈直线型,后峰型呈下凹型,阶梯型呈先凸后凹型,对安全系数的变化速率与之相反;降雨等级相同时,后峰型降雨对坡体孔隙水压力的上升幅度最大,同时对安全系数的下降幅度也最大,对坡体的稳定最不利;在相同降雨雨型、不同降雨等级下,降雨等级越高,坡体孔隙水压力越大,安全系数越小,对坡体的稳定越不利。     

降雨入渗对土石坝渗流场及坝坡稳定性的影响

基于多孔介质饱和-非饱和非稳定渗流理论,以那板心墙土石坝为例,采用有限元法模拟正常蓄水位时不同降雨强度、降雨历时条件下的土石坝暂态渗流场,然后将暂态渗流场与极限平衡法相结合计算坝坡的稳定性,为了考虑基质吸力对坝体材料抗剪强度的影响,计算中采用修正的摩尔-库伦（Mohr Coulomb）破坏准则。结果表明,降雨强度和降雨历时对土石坝暂态渗流场及坝坡稳定性有明显的影响。     

考虑流固耦合的水位降雨共同作用下荆江岸坡应力位移场分析

为了研究水位升降与降雨共同作用下荆江高滩岸坡应力位移的变化规律,根据该河段的地质水文条件,应用Geo-Studio软件对岸坡进行了流固耦合数值模拟。结果表明,岸坡最大剪应力分布由坡面向坡底逐渐增大;水位上升,同一岸坡点所受剪应力随之减小,岸坡位移指向坡内;水位下降,同一岸坡点所受剪应力随之增大,岸坡位移指向坡外,此时叠加降雨作用将导致坡顶向外位移进一步增大,对岸坡稳定非常不利,需重点监控;水位升降对坡脚位移的影响较大,降雨主要引起坡顶向外不利位移,需分别加强岸坡坡脚和坡顶的位移监测工作。     

密实度及有荷干湿循环对土-水特征曲线的影响

鉴于土-水特征曲线在非饱和土的研究中具有重要意义,采用Tempe压力膜仪和多功能土-水特征曲线试验仪,研究了密实度及固结压力下干湿循环对非饱和重塑粘土的土-水特征曲线的影响,并利用Van Genuchten模型对试验结果进行曲线拟合。结果表明,土体密实度越大,所受固结压力越大,则土体的进气值越大,失水速率越小,残余含水率越大;在固结压力下的干湿循环过程中,脱湿曲线失水速率越小,进气值越大,随干湿循环次数的增多,因土体孔隙发生改变,脱湿曲线的进气值呈增大趋势,且回滞环逐渐减小。     

基于BSTEM的河岸崩塌机理研究

河岸崩塌现象在天然河流中非常普遍，在河道演变中发挥着重要作用。为了量化研究河岸土体性质和岸坡倾角对河岸稳定性的影响，基于计算河岸稳定和坡脚冲刷的BSTEM模型，选取6种不同典型物质的河岸，研究了6种岸坡倾角下均质河岸的稳定性。在忽略潜水位的条件下，非粘性岸坡和粘性岸坡的崩塌模式不同。对于非粘性河岸，影响河岸稳定性的主导因素是有效内摩擦角，有效内摩擦角越大，河岸越稳定；对于粘性河岸，影响河岸稳定性的主导因素是有效粘聚力，有效粘聚力越大，河岸越稳定。有效粘聚力差值相同时，有效内摩擦角差值的绝对值越小，安全系数增加越多。岸坡倾角增加使河岸稳定性降低，安全系数减小。非粘性河岸的有效内摩擦角越大，安全系数对岸坡倾角的变化越敏感。而对于粘性河岸，有效粘聚力越大，安全系数对岸坡倾角的变化越敏感。     

极端气候条件对某土石坝稳定特性的影响研究

受全球气候变化和人类活动的影响,干旱、降雨等极端气候导致水库大坝产生了滑坡等灾害,同时碾压式土石坝设计规范未考虑蒸发、降雨对大坝坝坡渗流和稳定性的影响。对此,构建了某土石坝有限元计算模型,研究了蒸发、降雨和库水位作用对土石坝孔隙水压力、浸润线和坝坡抗滑稳定安全系数的影响,并结合地勘和监测资料分析了滑坡的成因机制。研究结果表明,蒸发、降雨对下游坝坡0～2 m范围土体的孔隙水压力影响较大;测压管实测水位与有限元计算浸润线差值小于0.4 m;初始阶段蒸发作用提高了坝坡稳定性,但蒸发作用导致坝体表层填土不断收缩、开裂,为降雨入渗提供了通道,随着降雨、蒸发循环次数的增加和库水位上升,裂缝不断增加,裂缝底部附近的局部滞水区相互连通形成饱和带,从而导致大坝下游浅层坝坡失稳破坏;研究结果为完善土石坝设计规范和水库大坝滑坡预警提供了科学依据。     

库水位降落作用下均质土石坝渗流场及坝坡稳定性分析

为研究某水库均质土石坝库水位降落作用下均质土石坝瞬态流场特性及其对坝坡稳定性的影响,基于饱和-非饱和非稳定渗流理论及极限平衡法,应用GeoStudio有限元分析软件中的SEEP/W及SLOPE/W模块进行库水位降落作用下的瞬态渗流场及稳定性数值模拟分析,探讨了不同速率库水位降落作用下的坝体内部渗流场及坝坡稳定性变化规律。结果表明,考虑非饱和渗流时,在库水位降落作用下,坝体浸润线变化滞后于库水位降落,且库水位降落速率越大,滞后现象越严重,上游坝坡内部形成倒流现象,产生指向坝坡外部的渗透压力;库水位降落作用下,坝坡稳定性呈现"降低—回升—平缓"的变化趋势,库水位降落速率越大,坝坡稳定性系数最小值越低,对坝坡稳定性越不利。研究结果可为土石坝边坡稳定性评价提供参考。     

基于支持向量机的荆江河段高滩岸坡稳定性预测

为了快速准确地预测边坡稳定性,以长江荆江航道中州子高滩岸坡为例,利用基于支持向量机的边坡稳定性预测方法预测其边坡稳定性。结果表明,中州子高滩岸坡处于不稳定状态,极有可能发生边坡失稳,且易造成滑坡崩岸等灾害,与边坡实际情况相符。因此对中州子高滩岸坡宜进行削坡处理,使坡角小于或等于31°方能使岸坡保持稳定,对荆江河段高滩岸坡治理提供了参考。     

降雨对碎石土边坡稳定性的影响分析

通过试验模拟天然降雨条件,研究了不同的降雨强度、降雨历时、累积降雨量对碎石土边坡不同部位水压力的影响,分析了降雨作用下碎石土边坡的变形破坏机理及降雨诱发滑坡的主要作用方式.试验结果表明,降雨强度、地下水位、降雨持续时间是影响坡体稳定的重要因素.     

库水位升降对那板心墙土石坝渗流场及坝坡稳定性的影响

以那板心墙土石坝为例,基于多孔介质饱和—非饱和渗流基本原理,采用有限元方法对该坝在不同库水位升降速度条件下的瞬态渗流场进行了数值模拟,并将瞬态渗流场与极限平衡法相结合分析了坝坡的稳定性。结果表明,坝体渗流场的变化相对于库水位的变化具有明显的滞后性,该滞后性对库水位快速下降条件下的上游坝坡的稳定极为不利,而对库水位快速上升条件下的上游坝坡的稳定有利,为库水位变化对土石坝渗流场及坝坡稳定性分析评价提供了参考依据。     

考虑非饱和区的复合土工膜防渗坝渗流分析

针对传统的渗流分析主要考虑饱和区的渗流而不考虑非饱和区的渗流存在一定的安全隐患问题,基于饱和—非饱和渗流理论,结合复合土工膜防渗坝设计了四种不同的水位组合,分别计算了饱和渗流量及饱和—非饱和渗流量,并分析了正常蓄水位下考虑与不考虑非饱和区的渗流速度场等变化规律。结果表明,考虑非饱和区后单宽渗流量有了明显下降,出溢点的渗流溢出坡降变小,且渗流路径变的较为陡直,靠近上游部分区域的渗透坡降相对较大,水压力在土工膜中的降低相对减小。     

干湿循环条件下裂缝对土体吸力影响的机制研究

受干旱影响,土体会出现干缩裂缝,基质吸力的变化是分析裂缝开展的关键点,而裂缝的产生影响着基质吸力的变化,因此基于室内模型研究了干湿循环条件下不同位置土体开裂情况及对应部位基质吸力的时空演化规律。结果表明,斜坡中部裂缝更易发育,受旱过程中当裂缝存在时顶部土体的基质吸力增长滞后于坝坡中部土体的基质吸力增长;降雨后再干燥时段除底部外土体各处基质吸力受裂隙影响在较短时间快速增大,多次干湿循环后土体裂缝发展形态基本保持不变,此时同一部位基质吸力变化趋势基本相同,而不同部位因裂缝开展差异吸力变化有所不同。根据吸力变化情况绘制出的土水特征曲线反映出不同形态的裂缝存在对周边土体的影响(渗透系数)。研究成果可为维护坝坡稳定提供指导。     

黄土地区不积雨条件下降雨入渗及其湿润锋移动规律

目前,黄土地区降雨入渗规律研究已较为深入,但对不积雨持续降雨入渗及其湿润锋移动规律研究较少。对此设计并制作了一套模拟不积雨降雨条件下黄土土柱垂直入渗模型试验装置系统,共模拟了3组非饱和重塑黄土表面不积雨降雨强度下的土柱垂直入渗试验,得到了3组不同干密度黄土垂直土柱试验各相应深度监测点土体体积含水率与降雨历时曲线,以及各试验组土柱渗流湿润锋和渗流稳定区到达不同深度的降雨时间。基于Green-Ampt入渗模型的假设,建立了黄土地区不积雨降雨垂直土柱湿润锋渗流模型,并结合试验结果,验证了假设及模型的正确性,求出不积雨持续降雨条件下黄土土柱渗流湿润锋形状参数m接近于3,并进一步揭示了不积雨降雨条件下黄土地区降雨入渗湿润锋深度与渗流稳定区深度之间的关系。     

复杂水力条件下的坝坡渗流及稳定性分析

针对库水位变化和降雨会使坝坡稳定性分析更为复杂的问题,基于非饱和渗流理论,借助GEO STUDIO软件对某土石坝进行数值模拟,研究了该坝在水位骤升、水位骤降及降雨情况下坝体内的渗流情 况,以极限平衡原理和MorgensternPrice条分法为基础分析了坝坡产生滑移的最小安全系数变化规律 。结果表明,复杂水力条件下不利于坝坡的稳定性,且坝坡安全系数变化呈现出一定的规律性。     

水平强透水层对岸坡浸润线下降的影响

针对存在水平强透水层的均质岸坡在库水位等速下降条件下计算浸润线问题,通过室内物理模拟试验研究了均质岸坡存在水平强透水层时库水位等速下降对岸坡土体内浸润线的影响,对比了模拟试验与理论计算获得的浸润线结果,并基于试验结果的拟合提出了存在水平强透水层的均质岸坡在库水位等速下降条件下计算浸润线的简化方法.     

非饱和成层土一维降雨入渗水力耦合分析

为了有效地分析非饱和成层土的水—力耦合问题,基于非饱和土有效应力原理和渗流理论,考虑降雨过程中双层土孔隙特征及渗透性随应力的动态变化特点,建立了非饱和成层土一维降雨入渗水力耦合模型,利用Flex PDE软件编制计算程序,对一典型双层土降雨入渗模型进行了分析。结果表明,在雨水入渗过程中,上粗—下细型土的分界面处会出现较大的孔隙水压力变化,且耦合、非耦合情况差异明显;上细—下粗型土可不考虑入渗过程中水力的耦合效应;对于上粗—下细型土,短历时强降雨在土层接触带会产生较大的孔隙水压力突变。     

基于FLAC~(3D)软件FISH语言二次开发的降雨工况下航道工程开挖边坡渗流场的分析

针对FLAC~(3D)软件模拟分析降雨条件下边坡渗流场存在一定局限的问题,基于土体的土水特征曲线及土体孔压、饱和度、渗透系数之间的关系,利用FISH语言对FLAC~(3D)软件进行二次开发编制土体孔压与渗透系数相对应的程序,并以某航道工程开挖边坡在降雨条件下的渗流场变化为例进行分析验证。结果表明,降雨强度为大雨和暴雨,边坡表层土体的浸润线在短时间内从坡底至坡顶实现贯通,易造成边坡表面土体剥落;降雨强度为小雨和中雨,浸润线会渗入边坡内部土体并在较长时间才能从坡底至坡顶实现贯通,易造成边坡大体积滑坡;研究结果符合降雨期间边坡失稳的普遍规律。     

基于渗透破坏试验的粘土临界坡降影响因素分析

为分析粘土临界坡降的影响因素,以合肥某基坑土样为例,首先开展单一粒径级土体的渗透破坏试验,分析临界坡降随干密度和均值粒径的变化规律;其次,开展多粒径混合粘性土的渗透破坏试验,讨论在干密度一定时,不均匀系数、曲率系数对临界坡降的影响。结果表明,干密度对土体临界坡降影响最为显著,均值粒径次之,临界坡降随干密度三次方的增加而线性增加,随均值粒径的增加而线性减小,随孔隙率的增大而减小;不均匀系数对土体临界坡降影响较为显著,曲率系数次之,临界坡降随不均匀系数、曲率系数的增加而线性减小。     

严寒地区抽水蓄能水库砌石岸坡破坏原因分析

为避免寒冷地区抽水蓄能电站岸坡砌石拔出及止水撕裂破坏的问题,以抽水蓄能电站蒲石河上库冰冻为例,分析了水库水流条件、机组运行规律、气温变化等因素对冰层形成厚度及分布的影响;并实测了典型位置的冰压力,依据实测数据和现场破坏情况分析了冰压力、基土冻胀及风浪、浮力拉拔对上库砌石岸坡的破坏情况。结果表明,浮力拉拔破坏是造成岸坡砌石拔出及止水撕裂破坏的主要原因。     

粘性土起动流速影响因素试验研究

由于粘性土颗粒间粘结力的作用,使得其具有较强的抗冲性和较高的起动流速,这对河势的演变造成一定的影响。为此,通过粘性土起动试验,分析了淤积固结过程中粘性土的物理参量变化情况,建立了干密度、粘粒含量(粒径)与起动流速之间的关系。结果表明,粘性土的粘聚力随含水率的增大而减小,相同含水率条件下,粘粒含量越高粘聚力越大;起动流速随干密度、粘粒含量的增大而增大,粘性土起动流速受中值粒径的影响,实质上与粘粒含量对起动流速的作用相同。在此基础上分析了粘性土起动流速影响因素,提出了起动流速经验公式。研究结果为进一步分析粘性土层对河势演变的影响奠定了基础。