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<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     

土质高边坡的降雨渗流场数值模拟分析

运用饱和-非饱和渗流有限元法模拟降雨条件下饱和-非饱和土质高边坡暂态渗流场的变化情况,本文对降雨边界的处理方法加以改进,使其适用于土质高边坡渗流场的计算.对砂箱模型和土质高边坡模型的计算结果表明:所提出的边界条件的改进足可行的;雨水入渗引起土壤基质吸力大量丧失,降雨初期基质吸力丧失最快;当降雨强度相对土体入渗能力较大时,基质吸力的丧失速度主要取决于土体自身的入渗能力.     

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。     

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。     

基于ABAQUS非饱和膨胀土边坡降雨入渗分析

降雨是诱发边坡失稳的主要原因之一,研究降雨引发滑坡机理分析具有重大现实意义。文章基于ABAQUS有限元软件模拟非饱和土边坡降雨入渗分析,结合滤纸法试验推导出适用于贵州省某区域非饱和膨胀土的土水特征曲线拟合公式;结合流固耦合理论和强度折减理论探究了降雨入渗下非饱和土边坡渗流场、位移场及稳定性的变化规律。结果表明:非饱和土基质吸力与含水率呈负相关;降雨入渗过程边坡地下水位差异抬升产生水平渗流力作用以及土体吸力减小强度降低是引发边坡失稳的主要原因。     

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。     

增湿条件下黄土陡坡变形特性及稳定性分析

降雨入渗诱发的黄土边坡病害屡见报道,黄土遇水软化以及近坡表非饱和区基质吸力降低是边坡失稳的主要原因。本文采用有限差分数值计算软件,通过软件内置语言编制相关计算程序,考虑降雨过程中非饱和区基质吸力、非饱和渗透系数以及土体强度参数的变化情况,并采用自定义非饱和土强度折减法对降雨过程中黄土陡坡稳定性进行评价。研究结果表明:降雨入渗对非饱和黄土陡坡的稳定性影响很大,随降雨历时增加,湿润锋线不断向坡体内部推进,非饱和区基质吸力减小,边坡安全系数降低;边坡最大水平位移出现在坡脚处,潜在滑动面呈现出浅层滑动趋势。     

降雨入渗条件下非饱和黏土边坡稳定性分析

大量研究表明,主要且直接诱发边坡失稳的主要因数是降雨,雨水入渗对非饱和土质边坡稳定性的影响最大。分析非饱和黏土边坡基质吸力和渗流场影响,采用有限元软件FLAC2D建立非饱和黏土边坡的数值模型,研究计算在降雨强度不同条件下,降雨时间相同和降雨总量相同这两种情况对边坡稳定性的影响。结果表明:非饱和黏土边坡内部的剪应变增量随降雨强度的变大而增大,边坡的位移也和降雨强度呈正相关关系,降雨强度越大越容易造成黏土边坡表层失稳。     

岩质边坡降雨入渗过程的数值模拟

对岩质边坡降雨入渗的数学模型及模拟方法进行了探讨。在此基础上，研究了非饱和－饱和渗流模型中的非线性方程组及其解法，给出了Picard迭代法求解该方程组的方法、步骤，并对边坡降雨入渗的规律进行了研究，阐述了岩质边坡降雨入渗过程中基质吸力的变化、暂态饱和区的形成、发展以及暂态水压力的分布、变化。用上述方法分析、模拟了某露天矿边坡降雨入渗的全过程。     

降雨对北京奥林匹克森林公园主山稳定性的影响

基于非饱和土土力学中的饱和-非饱和渗流数学模型,通过模拟奥林匹克森林公园主山边坡因雨水入渗引起的瞬态渗流场,对土体中含水量、基质吸力的变化规律进行分析。在此基础上根据扩展Mohr-Coulomb破坏准则,采用极限平衡分析法对该边坡进行稳定性分析,进而得出边坡在降雨过程中不同时刻的安全系数。具体分析了不同降雨类型对非饱和土土坡渗流场分布、发展及其对土坡稳定性的影响。随后用概率方法对土性参数变异时山体稳定的可靠性给予分析。     

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。     

土体含水率和吸力量测及其对边坡稳定性的影响

为研究暴雨诱发滑坡的机理 ,在香港进行了一次大型人工边坡试验。通过检查该边坡坡顶在 2 0 0 1年 6月至 2 0 0 1年 12月期间含水率和吸力与每天及每小时降雨变化曲线 ,及含水率和吸力随深度变化曲线 ,看到在雨季含水率和吸力变化或者“浸湿前锋”移动通常发生在边坡土体以上 3m以内 ,而且 ,在 2 0 0 1年的一次最大暴雨中在边坡土体 1～ 2m之内形成了瞬时地下水位。另外 ,还看到在2 0 0 1年旱季由于蒸发在边坡土体中形成了“干燥前锋”。通过对边坡开挖之前的自然边坡的稳定性分析 ,降雨入渗可以使边坡土体的安全系数急剧降低而蒸发则可以使边坡土体的安全系数缓慢升高。雨季含水率和吸力的浅层变化或者“浸湿前锋”的浅层移动可解释为何香港地区在暴雨期间极易发生浅层滑坡。而旱季由于蒸发形成的“干燥前锋”可说明吸力对非饱和土边坡抗剪强度的提高     

Clarifying the hydrological mechanisms and thresholds for rainfall-induced landslide: in situ monitoring of big data to unsaturated slope stability analysis

The development of early warning systems for landslide hazards has long been a challenge because the accuracy of such systems is limited by both the complicated underlying mechanisms of landslides and the lack of in situ data. In this study, we implemented a multivariate threshold criterion that integrates in situ monitoring data and data from unsaturated hydro-mechanical analyses as an early warning system for rainfall-induced landslides in the Wenchuan earthquake region of China. The results indicate that rainfall intensity is closely correlated with the probability of landslide occurrence. Variations in matric suction and suction stress were obtained from in situ measurements and used to quantify the soil water retention curve, which presented clear hysteresis characteristics. The impacts of rainfall infiltration on slope failure in post-earthquake landslide areas under transient rainfall conditions were quantified by hydro-mechanical modelling theories. Variations in the suction stress of unsaturated soil were used to calculate the safety factor. The influence of hydrological hysteresis processes on the slope failure mechanism was analysed. Multivariate threshold criteria that include the intensity–probability (I-P) threshold, soil moisture and matric suction based on in situ big data and unsaturated slope stability analysis benchmarks are proposed for use in an early warning system for rainfall-induced landslides.

     

非饱和土的性状及膨胀土边坡稳定问题

主要叙述非饱和膨胀土及其边坡稳定研究方面的新进展。首先讨论了非饱和土研究中与土坡稳定性有关的若干重要特性,指出非饱和土的气 水形态问题是非饱和土研究的一个基本问题。并提出随含水率由小变大,非饱和土存在四种气 水形态,不同气 水形态的土具有不尽相同的性状。然后,对非饱和土的吸力和土水特征曲线以及不同气 水形态下的强度作了讨论,并对非饱和土的本构关系作了简要的介绍。接着以南水北调中线膨胀土渠道工程为背景,以吸力问题为中心,对非饱和膨胀土边坡滑动的各种内在的和外界的因素进行了分析,尤其对新近研究的降雨入渗和裂隙影响的研究进行了定量的分析,改变了以往对这方面只进行定性研究的情况。在此基础上对边坡失稳的机理和考虑裂隙及雨水入渗的稳定分析方法进行了研究。     

考虑蒸发影响的非饱和土坡渗流分析

运用分形模型理论预测了粘土、粉土与砂土的土-水特征曲线与导水系数曲线。讨论了大气降雨-蒸发作用对非饱和渗流场的变化规律。在大气蒸发作用下,粘土边坡表层土体的负孔压逐渐增大。随着降雨入渗,粘土边坡坡脚处的土体首先达到饱和状态,并出现正孔隙水压。在降雨过程中,粉土边坡与砂土边坡的坡脚处,难以形成正孔隙水压。粘土边坡的实际降雨入渗量较小,且与土体的初始含水量、降雨类型、土体的导水系数等因素有关。非饱和土的实际蒸发量不等于其饱和状态时的土体蒸发能力。当土体达到饱和状态时,两值相等。实际蒸发量与潜在蒸发量的比值是土体表层基质吸力的函数。     

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。     

Stability analysis of layered slopes in unsaturated soils

This study presents stability analyses of layered soil slopes in unsaturated conditions and uses a limit equilibrium method to determine the factor of safety involving suction stress of unsaturated soil. One-dimensional steady infiltration and evaporation conditions are considered in the stability analyses. An example of a two-layered slope in clay and silt is selected to verify the used method by comparing with the results of other methods. Parametric analyses are conducted to explore the influences of the matric suction on the stability of layered soil slopes. The obtained results show that larger suction stress provided in unsaturated clay dominates the stability of the layered slopes. Therefore, the location and thickness of the clay layer have significant influences on slope stability. As the water level decreases, the factor of safety reduces and then increases gradually in most cases. Infiltration/evaporation can obviously affect the stability of unsaturated layered slopes, but their influences depend on the soil property and thickness of the lower soil layer.