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。     

基于改进Mein-Larson降雨入渗模型的黄土边坡稳定性分析

【目的】降雨是诱发浅层边坡滑动的主要因素，为了使降雨入渗过程更加接近实际，【方法】在传统的Mein-Larson降雨入渗模型基础上，考虑土体初始含水率非均匀分布，以含水率分布函数对传统Mein-Larson降雨入渗模型进行了改进并验证了改进模型的有效性。分别将传统Mein-Larson降雨入渗模型和改进的入渗模型与非饱和无限长边坡稳定分析方法结合，建立考虑边坡倾角、土体初始含水率和降雨形式的降雨诱发型边坡稳定性问题计算模型并对边坡安全系数计算，最后将计算结果与有限元数值模拟结果对比分析。【结果】结果表明：含水率分布函数计算值接近试验值，当参数A取0.375时，拟合优度达到0.995。采用改进的入渗模型计算出的各时段湿润锋深度与传统入渗模型接近，但是湿润锋比传统入渗模型早7.7 h到达地下水位线。【结论】基于改进的降雨入渗模型的边坡稳定计算模型计算的边坡安全系数与有限元数值模拟结果接近，相比于基于传统Mein-Larson降雨入渗模型的边坡稳定计算模型计算结果更精确，接近工程实际，可为降雨诱发型边坡稳定分析提供参考。     

持续降雨入渗对黄土边坡稳定性的影响

为探索黄土边坡在持续降雨条件下的入渗规律及其对边坡稳定性的影响,采集陕北治沟造地工程中开挖边坡的土样,在室内模拟土体垂直方向一维降雨积水入渗过程,观测分析土体含水率的变化和湿润锋运移特征,研究含水率变化对边坡土体抗剪强度的影响。根据降雨积水入渗试验得到的不同时刻土体饱和区分布情况,结合饱和区土体重度、黏聚力、内摩擦角的具体数值,采用FLAC3D岩土工程数值计算软件分析了持续降雨条件下边坡的安全稳定性以及潜在滑动面的变化情况。研究结果表明:在降雨积水入渗条件下,浅层土体中湿润锋运移速度较快,随着深度增大,湿润锋运移速度逐渐减缓;当湿润锋到达时,不同深度土体含水率均呈现先陡升再趋于平缓上升的变化规律,土体的饱和度可达到80%。降雨入渗使土体的抗剪强度显著降低,随着降雨历时的增加,边坡土体中的饱和区域增大,土体局部的剪切变形增大,进而局部发生塑性变形逐步扩展形成剪切带,从而导致滑坡。因此,黄土边坡应设置排水措施,避免降雨入渗引发滑坡等自然灾害。     

非饱和-饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响研究

土质边坡在降雨条件下发生的破坏失稳与土体的非饱和-饱和状态变化存在必然的内在关联。考虑土质边坡的非饱和-饱和状态变化,以此建立非饱和土抗剪强度与基质吸力之间的函数关系,并结合基质吸力的理论分布规律,运用非饱和土边坡的稳定性分析方法研究边坡安全系数,分析土体由非饱和状态向饱和状态的转变过程中边坡安全系数的变化规律。结果表明,雨水入渗使得土体由非饱和状态向饱和状态进行转变;在坡脚处最先出现塑性区,并逐渐向坡顶发展,直至形成贯通塑性区而使土体破坏;土质边坡的滑移面由浅层滑移向深层滑移发展;结合不同的入渗深度下边坡的瞬态安全系数值的变化规律,能够量化计算边坡失稳的临界入渗深度值,为实际工程提供合理的判断依据。     

考虑倾角的土质边坡Green-Ampt改进入渗模型

针对传统Green-Ampt入渗模型忽略坡角和土体非饱和区对边坡降雨入渗的影响这一情况,利用倾角对土体入渗势能梯度进行修正,并将入渗时边坡土体按含水率划分为饱和层、过渡层和未湿润层,建立考虑倾角的土质边坡分层假定入渗模型,推导边坡降雨入渗深度与降雨历时的关系,并通过入渗实例将新模型与传统模型进行比较。研究结果表明:分层假定模型预测的坡面产流时间及湿润锋深度与降雨历时的关系较传统Green-Ampt入渗模型（简称为GA模型）更接近实测值;自由入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度与GA模型一致,但入渗速率低于GA模型;积水入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度及入渗速率均大于GA模型,湿润锋扩展深度的差值随着降雨历时的增大逐渐增大,而入渗速率差值的变化呈相反趋势。根据新模型,分析了倾角和雨强对边坡降雨入渗的影响,发现随着边坡倾角的增大或雨强的减小,雨水入渗到坡体内相同深度所需的降雨历时增加,这种现象在倾角大于60°或雨强小于20 mm/h时尤为明显。     

降雨入渗条件下边坡的稳定性分析

把降雨入渗条件下的边坡稳定性问题转化为图论中的最短路问题,基于饱和-非饱和渗流有限元计算得到的应力场和渗流场来计算边坡的最危险滑动面及其安全系数,在降雨入渗过程中,考虑基质吸力对滑动面抗剪强度的影响,采用修改的Mohr-Coulomb破坏准则来计算非饱和边坡的抗剪强度。降雨入渗过程及其对边坡力学行为的影响采用一个二维的有限元渗流-应力耦合程序进行分析,研究降雨入渗过程对边坡的孔隙水压力、位移以及安全系数的影响,计算结果表明,在降雨入渗过程中,边坡的安全系数在不断减小,降雨停止之后,边坡的安全系数还会持续减小一段时间,随着排水的不断进行,边坡的安全系数又会逐渐增大。     

降雨入渗对边坡浅层稳定性的影响

为研究降雨入渗对边坡浅层滑动面稳定性的影响,基于非饱和渗流理论,分析浅层滑动面在降雨期和停雨期的渗透系数和孔隙水压力,得出了边坡浅层滑动面稳定性的变化规律。结果表明降雨期间,坡脚处孔隙水压力增大至饱和,坡顶处孔隙水压力持续增大接近饱和,停雨后坡顶处孔隙水压力降幅大于坡脚处;降雨前期各滑动面稳定性均持续减小,降雨后期坡顶滑动面安全系数趋于收敛,但坡脚滑动面安全系数仍持续减小;停雨后浅层滑动面安全系数均增大,深层滑动面则呈波动状态。     

雨水入渗作用下非饱和土边坡的稳定性分析

基于非饱和土理论，针对南水北调中线工程河南段某一黄土高边坡，利用有限元方法和极限平衡理论研究了雨水入渗作用下土体的渗透性、抗剪强度及坡顶垂直裂缝对边坡稳定性的影响。分析表明，在雨水渗作用下，边坡土体的渗透性对边坡稳定性的影响较大。在降雨强度和降雨持续时间都相同的条件下，边坡的稳定安全系数随土体渗透系数的增大而减小。当边坡坡顶存在垂直裂缝时，在无雨水入渗的情况下，边坡的稳定安全系数随裂缝开展深度的增加变化并不明显，大约在10％左右；在雨水入渗下，边坡稳定安全系数随坡顶裂缝的发展明显下降。在分析非饱和土边坡的稳定性时，应该考虑基质吸力对抗剪强度的贡献。     

不同雨强和坡比条件下黄土边坡降雨入渗研究

降雨诱发滑坡是我国黄土地区的主要地质灾害之一,为了给黄土边坡防护设计提供参考,采用室内边坡降雨模型箱,开展了2种降雨强度(中雨7.00 mm/d、大雨10.75 mm/d)和2种坡比(1∶0.5、1∶1)条件下的模型边坡降雨试验,实测边坡土体含水率、基质吸力及边坡形态变化情况,比较了不同降雨强度和坡比条件下降雨入渗的差异。结果表明:黄土边坡降雨入渗深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,降雨入渗速率坡顶最高、坡脚次之、坡中最低,雨水的入渗能力随着入渗深度增加而减弱;降雨结束后边坡湿润锋深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,即降雨入渗深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,降雨强度越大边坡湿润锋深度越大,坡比越大边坡坡中降雨入渗深度越小;不同降雨强度和坡比条件下,边坡不同位置处基质吸力稳定值坡中最大、坡顶次之、坡脚最小,降雨强度越大基质吸力稳定值越小、相应的含水率越低、降雨入渗速率越高,坡比越小边坡坡中降雨入渗速率越高、入渗深度越大;降雨初期坡面未产生径流,随着降雨历时的延长,表土逐渐饱和、坡面产生径流现象,降雨强度和坡比越大边坡表层土体剥落越严重、坡面径流深越大。     

不同降雨类型对边坡稳定性的分析与研究

强降雨或长时间降雨引起的边坡破坏对人类生命和财产造成了重大损失,分析降雨过程中边坡渗流场和稳定性随时间和空间的动态变化对边坡稳定性研究和预测有重要意义。不同降雨类型是边坡失稳破坏的主要因素之一,结合饱和-非饱和渗流理论,研究不同降雨类型下边坡渗流场的变化规律。结果表明:不同降雨类型条件下,计算时间停止后,边坡入渗深度有很大差别,边坡稳定安全系数随降雨循环次数增大而逐渐减小;体积含水率和孔隙水压力改变深度随降雨循环次数增大而逐渐增大。     

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。     

人工降雨条件下扰动坡面土壤侵蚀规律研究

应用人工模拟降雨实验,拟定3种不同雨强对砂土、粉壤土、石质土和黏土4种`不同土壤质地扰动坡面产流产沙规律进行研究。结果表明：地表径流的产流开始时间随着雨强的增加缩短,在3.3~24.9min之间变化;坡上、坡中、坡下的径流流速呈现递增的趋势,但是整个坡面的单位水流功率在降雨过程中变化不大;石质土和黏土的产沙量最大,且在降雨过程中呈现先增后减的趋势,而砂土和粉壤土的产沙量不大且呈现增加的趋势;同一坡度同样降水量情况下产沙量呈现石质土>粉壤土>砂土的规律;黏土坡面的产沙量随着雨强的增大而增大。     

南水北调中线工程膨胀土渠坡稳定问题及对策

重点分析了非饱和膨胀土边坡失稳的原因,在降雨入渗的条件下,膨胀土常发生浅层滑动,这种滑动与通常饱和土的边坡失稳的原因是不同的.为了弄清膨胀土边坡滑动(主要是浅层滑动)的机理,在南水北调中线工程渠道附近进行了大型人工降雨试验,得到了有意义的结论.由此认为,采用通常饱和土边坡稳定分析方法来校核非饱和膨胀土边坡的稳定,对于深部过于保守,而对浅部则不够安全,因此是不合适的.根据非饱和膨胀土边坡失稳的机理提出了防止边坡浅层滑动的对策措施.     

流动沙丘降雨入渗和再分配过程

本文通过野外监测和模拟降雨试验对流动沙丘降雨入渗补给、再分配过程和蒸发消耗几个方面作了定量研究。结果表明：科尔沁沙地流动沙丘0～200cm深度土壤层特性具有明显的垂直变化，0～20cm为表层干沙层；20～140cm为降雨影响变化层；140cm以下为深部稳定层。土壤入渗速率受降雨强度的控制，强度大，入渗也大，入渗深度与降雨量和降雨强度之间存在线性关系。湿润锋迁移速率在降雨开始较小，而后逐渐增大，达到峰值之后，又随时间而降低，最后趋于稳定。13.4mm的降雨是无效降水和补给地下水的分界点；≥20mm的降雨可使蒸发层土壤在再分配结束后达到最小持水量；≥50mm的降雨通过土壤水分的再分配可以使120cm深度土壤水分达到饱和持水量，进而下层进行饱和排水入渗。     

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。     

考虑孔隙气压力影响的边坡稳定分析

降雨入渗过程中孔隙气压力变化是影响边坡稳定的重要因素,为了分析这种影响,提供一种考虑孔隙气压力影响的边坡稳定分析方法。首先基于水气两相流的理论与方法,计算降雨入渗下坡体的孔隙水压力、孔隙气压力和饱和度的分布,并获取降雨入渗过程中孔隙气压力引起的荷载变化量。而后,结合非饱和土抗剪强度理论及剩余推力法,将孔隙气压力引入到边坡稳定分析中,并以谭家河滑坡为例模拟分析考虑孔隙气压力对边坡稳定的影响。结果显示,降雨导致坡体表层趋于饱和,在坡表与滑带之间的孔隙气压变化较为敏感,而沿滑床向深层方向传递过程中孔隙气压发生衰减;坡体表层饱和区孔隙水压力通过孔隙气向坡脚传递,形成沿坡脚方向的孔隙气压力梯度,增大了滑体的下推力。结果表明,在相同的渗流条件下,考虑孔隙气压力的影响使同一滑动面上的安全系数降低,对边坡稳定分析不利。该方法在坡体濒临失稳时考虑孔隙气压力作用影响显著,对反映某些具体工程滑坡现象更加符合实际。     

降雨入渗边坡非饱和渗流过程及稳定性变化研究

天然降雨和高坝泄洪雾化雨入渗对大坝下游边坡有两方面影响,一是升高含水率使土体重度增加,导致其下滑力增加;二是升高土体含水率,降低土抗剪强度和阻滑力。因此,降雨入渗引起的滑坡时有发生。对此设计了室内人工降雨物理模型试验,分析研究砂土质边坡降雨入渗情况下,边坡内部水分扩散过程和规律以及暂态饱和区扩展过程,计算各入渗时刻边坡的安全系数,分析入渗发展对边坡稳定性变化过程及其特征的影响。试验分析结果表明:降雨入渗率先在边坡表面形成暂态饱和区,随着降雨持续,暂态饱和区逐渐扩大;雨强越大,降雨期间形成的暂态饱和区越大,边坡稳定安全系数的降幅就越大;试验得到了降雨入渗深度随降雨历时和强度变化的经验式。增大降雨强度会使试验砂土的含水率更接近于饱和含水率,但无法使砂土完全饱和。降雨入渗对边坡稳定性的影响不仅仅发生在降雨过程中,降雨停止后,水分入渗过程延续,边坡稳定性持续降低,水分入渗在一定的延后时间内继续威胁边坡安全。雨强为144 mm/h条件下边坡稳定安全系数在6 h时降到了最小值1.196,最大降幅达38.2%。