降雨条件下非饱和土坡稳定性数值模拟

为了研究非饱和土坡在降雨入渗条件下的稳定性,运用饱和—非饱和渗流有限元法模拟降雨条件下饱和—非饱和土坡暂态渗流场的变化情况,分析了降雨强度、降雨持时以及土壤饱和渗透系数等参数对非饱和土坡稳定性的影响。分析结果表明:土坡的安全系数随降雨强度的增大而增大,随饱和渗透系数的增大而减小。由于降雨的进行,雨水入渗量逐渐增加,基质吸力逐渐丧失,孔隙水压力逐渐增大,因而土坡的安全系数随降雨持时的增加而减小。     

降雨条件下边坡渗流及稳定有限元分析

简要分析了多孔介质饱和-非饱和渗流数学模型,探讨了非稳定时间插分格式、计算参数和降雨入渗边界处理等相关问题;基于非饱和土抗剪强度理论和延展的Mohr-Coulomb屈服准则,将有限元强度折减法推广到非饱和土边坡稳定分析中。以某边坡为例,模拟了降雨入渗引起的边坡体内暂态渗流场,并采用推广的有限元强度折减法进行了降雨条件下边坡的稳定性分析。     

降雨作用下非饱和土边坡水力耦合过程分析

基于渗流理论、弹性理论及VG土-水特征曲线模型,建立了二维非饱和土渗流-变形耦合控制方程组。该控制方程突破了饱和时渗透系数是常数的局限,适用于任意初始条件和降雨条件的土坡稳定性分析。有限元软件COMSOL Multiphysics能根据已建好的非饱和土坡渗流-变形耦合模型开展分析。通过算例分析了非饱和土降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应,并探讨了考虑饱和渗透系数为变量情况以及不同的初始条件对渗流场和应力场的影响。结果表明:在非饱和土坡降雨入渗过程中渗流-变形的耦合效应是非常显著的,且与时间有关。对于湿陷性土,考虑耦合效应的压力水头变化总是慢于非耦合情况。饱和状态时渗透系数是应变的函数,其值的变化对非饱和土边坡渗流场有一定的影响,但对非饱和土边坡变形影响微弱。初始条件对渗流和变形的影响是非常大的。     

考虑多层非饱和土降雨入渗的边坡稳定性分析

降雨是诱发滑坡的最主要因素之一,降雨入渗将显著降低非饱和土的基质吸力,从而降低边坡土体抗滑力。本文提出了考虑降雨入渗的多层非饱和土边坡稳定性分析方法。首先改进Green-Ampt入渗模型,提出适合多层非饱和土边坡降雨入渗的计算方法;然后得到各层土体在入渗各阶段的强度参数值;最后,采用强度折减法计算整个边坡在入渗条件下的安全系数。将本方法应用于广州大夫山滑坡案例发现滑动面和实际情况接近,为短期强降雨诱发的浅层滑坡。分析了不同降雨强度和历时对滑坡稳定性的影响,结果表明:降雨入渗导致边坡潜在最危险滑面的位置主要在浸润锋处或土体与基岩交界处。低强度长历时的降雨过程中,雨水入渗深度较大,易发生深层滑动;在高强度短历时的降雨过程中,雨水入渗深度较小,更易发生浅层滑动;随着降雨强度和降雨时间的增加,入渗深度增加,进而降低边坡的稳定性。     

降雨入渗对边坡稳定性影响分析

基于多孔介质饱和-非饱和渗流理论,模拟降雨入渗条件下边坡暂态渗流场:基于非饱和土抗剪强度理论和边坡饱和一非饱和渗流分析结果,利用极限平衡理论研究了降雨强度、降雨持续时间、前期降雨以及不同降雨方式对边坡稳定性的影响.算例分析表明,随着降雨的人渗,边坡顶部非饱和区缩小,并出现局部暂态饱和区.导致边坡土体基质吸力、抗剪强度下降,从而导致边坡稳定性的降低;降雨强度对边坡稳定影响显著.降雨持续时间对边坡稳定的影响程度与降雨强度大小有关;前、后两次降雨对边坡稳定的影响与间隔时间密切相关:在降雨量相同的情况下,不同的降雨方式对边坡稳定性也有较大影响.     

基于多场耦合的膨胀土边坡非饱和降雨入渗分析

膨胀土非饱和渗流的过程伴随着膨胀应变的产生。探明多场耦合作用下膨胀应变对膨胀土边坡非饱和降雨入渗的变化规律至关重要。基于有限差分渗流理论、降雨入渗模块的二次开发和膨胀应变的施加,采用C++和FISH语言编制程序,将膨胀应变引入非饱和土的流-固耦合模型,提出了一种综合考虑膨胀应变和应力应变的非饱和膨胀土多场耦合分析法,通过算例实现了降雨入渗条件下膨胀土边坡非饱和渗流的数值模拟,并探讨了膨胀应变对饱和度和暂态面积比的影响规律。研究表明,膨胀应变对膨胀土边坡非饱和降雨入渗的过程影响显著,其降雨入渗深度、湿润锋扩展速度和暂态饱和区时空分布受膨胀应变的控制,考虑膨胀应变时暂态面积比变化的雨后时间滞后性强于不考虑膨胀应变时。     

裂隙及强降雨入渗对堆积体滑坡渗流场及稳定性的影响

降雨入渗导致滑坡地下水位以上的非饱和区水压力暂时升高，坡体基质吸力减小，抗剪强度降低；同时，滑坡内的裂缝又为雨水下渗提供快速通道，雨季强降雨将在坡体裂隙较发育的部位汇集形成暂态水源，连续补给产生高孔隙动水压力，并导致深层滑坡的地下水位上升。这种瞬态的地下水运动及暂态附加水荷载成为非饱和边坡在雨季失稳的控制因素。以某大型堆积体滑坡为研究对象，采用土体饱和—非饱和渗流理论和有限差分方法，研究强降雨在坡体的裂缝末端形成的暂态水源对滑坡渗流场和地下水位的影响机制，通过强度折减方法计算暂态补给水对滑坡稳定性带来的不利影响。这些研究可为堆积体滑坡的预防和排水治理设计提供科学依据。     

降雨入渗下非饱和土边坡临界稳定性分析

运用分形模型预测非饱和土的土水特征曲线与导水系数曲线,结合孔隙气体流动分析,模拟降雨入渗条件下的一维非饱和渗透过程。根据非饱和土抗剪强度的分形模型,导出降雨入渗下非饱和土边坡临界深度公式,并分析了影响边坡稳定性的因素。非饱和土的分维与进气值影响土体的水理性质。分维影响降雨的入渗速度与入渗深度,而进气值影响降雨入渗下土体吸力的变化曲线形态。非饱和土的饱和导水系数与降雨强度对边坡稳定性影响较大,在降雨强度远大于非饱和土的饱和导水系数时,孔隙气体在降雨入渗过程中将产生气压,对吸力产生影响。     

降雨作用下川东红层地区浅层土质滑坡稳定性数值分析

基于非饱和土渗流理论,利用COMSOL Multiphysics软件,对川东红层地区南江县某基岩面上的浅层滑坡建立均匀长坡的降雨入渗模型,考虑坡脚边界的不同透水效果,计算得到降雨作用下基岩面上地下水的变化。结合极限平衡法,分析上覆土质滑坡在低强度和高强度降雨下滑坡稳定性系数随时间的变化,以及不同初始压力水头对稳定性系数的影响。研究结果表明,坡脚处边界的透水效果对滑坡土体内积水变化影响是明显的;高强度降雨使稳定性系数开始下降时刻更早,下降速率更快,下降速率随时间的变化表现为先慢后快;初始压力水头绝对值越小,稳定性系数开始下降得越早。     

降雨入渗条件下考虑裂隙和风化对煤系土堑坡稳定性影响分析

利用非饱和瞬态渗流有限元程序对不同裂隙和风化深度的煤系土堑坡进行了降雨入渗坡体渗流场数值计算和分析。并基于非饱和土力学强度理论,应用Morgenstern-Price方法,调用不同裂隙和风化深度的渗流计算结果对煤系土堑坡的瞬态稳定性进行了研究。结果表明:降雨对煤系土堑坡渗流场的影响仅局限于裂隙和风化区,堑坡内部渗流场的分布几乎没有变化;同时考虑裂隙和风化时,安全系数受降雨影响大,降雨入渗很容易引起堑坡的失稳。因此,在研究煤系土堑坡降雨入渗和稳定性分析中应考虑裂隙和风化层的影响,且研究成果为煤系土堑坡设计、施工和稳定性分析提供了依据。     

大岩淌边坡降雨-应力-非饱和渗流研究

 针对大岩淌滑坡特殊的地理位置开展强降雨(或强雾雨)条件的入渗和地表漫流研究, 建立雨强与入渗、漫流之间的关系。然后,基于非饱和渗流理论,采用有限元方法来分析大岩淌滑坡在降雨期间的渗流、应力、位移与安全状态,并在稳定性计算中引进强度折减法计算滑坡的安全系数。     

降雨入渗条件下非饱和黄土边坡稳定的可靠度分析

根据雨水入渗在土坡内引起的土壤容重和土体的强度变化,得到体积含水量与强度指标的拟合公式,对非饱和黄土边坡的稳定进行了可靠度分析,求得了土坡的失效概率,对工程的安全可靠性做出了评价。计算表明,降雨入渗条件下非饱和黄土边坡失稳的概率远大于不考虑降雨时的正常情况,因此,非饱和黄土的边坡稳定性应充分考虑降雨的影响,需通过试验来测定含水量与土的强度参数关系。     

考虑流固耦合的降雨入渗过程对非饱和土边坡的影响研究

流固耦合是指固体在渗流场作用下的变形行为以及固体变形对渗流场影响这二者相互作用的 理论,在探讨了渗流场与应力场相互作用机理后,提出了考虑渗流与应力直接耦合作用的非饱和土质边 坡雨水入渗过程影响的有限元计算模型分析方法。基于ＡＢＡＱＵＳ分析软件,考虑了流固耦合和土水特 征曲线,结合一典型非饱和土质边坡算例,对土坡受降雨入渗的影响进行了有限元数值模拟研究,得出 了非饱和土质边坡基质吸力、饱和度、变形和稳定性受降雨影响的变化特征规律,指出了在工程设计中 考虑耦合作用和雨水入渗影响的合理性和必要性,为进一步研究和相关工程设计防护提供参考。     

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.     

用降雨容量法进行土坡非饱和稳定性分析

建立在土坡饱和-非饱和渗流计算和土坡非饱和稳定性计算基础上提出了稳定系数降雨容量的概念,将降雨条件下土坡的稳定系数仅仅和降雨容量系数相联系。列出了稳定系数-降雨容量回归方程,通过对比知,稳定系数和降雨量、持雨时间有很好的相关关系。降雨容量系数的使用能迅速获得不同的降雨组合下土坡的稳定系数,同时也能利用这个概念对土坡的危险气象条件进行预测、预报。     

降雨入渗过程中土质边坡稳定性计算

在室内试验资料基础上,提出了土体抗剪强度与降雨入渗时间以及土体含水率的函数关系,修正了考虑土条间相互作用力的简化毕肖普方法,使之能够体现边坡土体含水率变化引起的土体强度降低现象。采用Fortran语言设计平台,开发了耦合饱和-非饱和渗流有限元计算与边坡稳定极限平衡方法(修正的简化Bishop方法)的计算程序,考虑边坡土体抗剪强度参数随着降雨入渗发展、含水率变化而变化,采用饱和-非饱和渗流计算降雨期间边坡土体含水量变化以及扩展过程。计算了物理试验模型在降雨条件下,土坡内部渗流发展过程,以及边坡安全度的变化情况。计算结果与试验结果吻合,与修正前简化Bishop方法计算得到的边坡安全系数相差35%左右。本文提出的计算方法为降雨诱发土质滑坡研究提供了一种新的可供参考的定量分析方法。     

考虑土体非饱和特性的斜坡降雨入渗模型及边坡稳定性分析

降雨入渗是诱发滑坡的关键因素,研究斜坡降雨入渗规律对于滑坡的预测与防范具有重要意义。传统的Green-Ampt模型及改进的Green-Ampt模型均假定入渗过程为均匀饱和入渗,忽略了入渗过程中湿润锋锋面上方非饱和区的存在。针对这一不足,首先,基于达西定律分析斜坡内基质吸力的分布规律;然后,结合非饱和土VG模型得到了斜坡内湿润区含水量沿深度变化的函数关系;最后,基于改进的Green-Ampt模型推导了考虑土体非饱和特性的斜坡降雨入渗模型,并将其引入到无限斜坡稳定性分析当中。研究结果表明:与数值解和现有模型相比,考虑土体非饱和特性的降雨入渗模型能更加准确地反映降雨入渗的过程,基于改进模型计算的稳定性系数较好地揭示了恒定降雨强度下斜坡稳定性的变化规律,证明了该方法的正确性和适用性。     

考虑降雨入渗及饱和-非饱和渗流作用下的土石坝边坡稳定性研究

在采用土体孔隙水压力描述非饱和土渗透特性的基础上,对某土坝模型进行了饱和—非饱和渗流计算,并应用于降雨入渗条件下的边坡稳定分析.计算成果表明,对于地下水位较深或可能出现浅层滑坡的情况,采用非饱和土强度理论得出的计算成果更为符合工程实际.     

库水位变化和降雨作用下付家坪子高陡滑坡稳定性研究

运用非饱和土渗流理论和抗剪强度理论,以付家坪子高陡滑坡为例,采用极限平衡法,分析了库水位不同升速和降速、降雨不同强度以及库水位变化与降雨联合作用工况下滑坡的稳定性。计算结果表明库水位上升越快,滑坡安全系数的增长速率越大;降速对滑坡稳定性的影响基本上呈抛物线变化,即安全系数先减小,后增加,每个降速下均存在一个临界水位;降雨强度越大,滑坡的稳定性就越差,随着库水位的升高,降雨对安全系数的降低幅度有所减小;在研究库水位下降与降雨在时间上的最不利组合方式时,发现降雨作用在最末对滑坡稳定性的影响比作用在最初要有利;该高陡滑坡在库水位变化、降雨以及库水位变化和降雨联合作用下,安全系数的变化幅度均很小。     

土水特征曲线对降雨条件下边坡稳定性影响分析

基于多孔介质饱和-非饱和渗流理论和非饱和土抗剪强度理论,采用极限平衡法与降雨渗流有限元相结合的方法,研究土水特征曲线对降雨边坡渗流场和稳定性的影响。采用不同的土水特征曲线对边坡渗流场和安全系数的计算影响较大,其影响程度随土体亲水性能的增加而增加,黏土类类边坡安全系数下降幅度为24.4%。安全系数的降低主要是由于边坡土体基质吸力的丧失而引起,同时,滑动体的形状也与基质吸力下降的情况有很大关系。黏土类类边坡在强降雨之初容易发生浅层破坏,随着降雨入渗的继续,滑动面由浅层转为深层。