降雨/蒸发对膨胀土边坡稳定性影响研究

为深入研究降雨/蒸发作用对膨胀土边坡稳定性的影响,本文将改进的二维渗流模型与极限平衡分析法相结合,计算分析降雨、蒸发两种不同类型的气候作用下试验场地膨胀土边坡体内的渗流场变化及边坡的稳定性;结合试验边坡的现场监测资料,论述了膨胀土边坡的失稳机理。本文的研究表明:持续降雨引发土体吸力降低、强度衰减、有效应力降低并在坡脚处首先达到极限平衡状态;蒸发作用使浅层土体含水量降低,吸力增加,但同时也出现的收缩作用将产生裂隙而折减土体强度且增强渗透性,但土体内吸力的大幅提高则起主导作用。本文的研究成果将有助于分析评价膨胀土边坡在遭受干湿循环作用下的长期稳定性。     

考虑土体基质吸力刚性挡墙基坑抗倾覆稳定性分析

地表降雨入渗对基坑周边土体有明显影响,进而引起基坑抗倾覆稳定性改变。基于非饱和土的平面应变抗剪强度统一解,考虑非饱和土强度的中间主应力效应,引入地下水位线以上非饱和土体基质吸力的空间分布,推导得到降雨入渗条件下的基坑挡墙抗倾覆稳定系数。对比分析了不同基质吸力分布模式对基坑抗倾覆稳定性的影响,研究了地下水位,降雨入渗强度,挡墙嵌固深度,土体内摩擦角等因素对基坑抗倾覆稳定性的影响。结果表明,降雨入渗降低了土体基质吸力;地下水位线的降低可以有效提高基坑抗倾覆稳定性;考虑中间主应力效应可以更加发挥非饱和土体的强度潜能;基质吸力及其分布形式对抗倾覆稳定性有显著影响。     

考虑降雨入渗影响的非饱和土边坡瞬态安全系数研究

以土壤体积含水率作为控制变量,应用非饱和土水分运动基本理论建立了降雨入渗过程中土体瞬态含水率的计算模型并且编制了计算程序,在计算模型中通过改变边界条件考虑了降雨过程中土壤入渗能力的变化,采用非饱和土强度理论和极限平衡方法,得出了可以考虑基质吸力影响的边坡安全系数计算公式,编制了计算程序,最后通过具体的算例,讨论了降雨入渗对土质边坡稳定性的影响.     

基于GEOSTUDIO分析吸力对非饱和土边坡稳定的影响

基于非饱和土渗流和抗剪强度理论,分析了降雨条件下土体基质吸力对边坡稳定性的影响,探讨了考虑吸力和不考虑吸力条件下边坡的稳定安全系数,指出非饱和土坡稳定性与基质吸力有密切关系,基质吸力随含水量增大而减小,引起土体强度下降,土坡趋于不稳定。     

降雨条件下一维土柱垂直入渗模型试验研究及其渗透系数求解

 为研究降雨条件下一维土柱的入渗规律及求解非饱和土体的渗透系数,开发一套模拟降雨条件下一维土柱垂直入渗模型试验装置,对非饱和重塑黄土土柱做了4组不同降雨强度下的一维垂直入渗试验,得到不同降雨强度下垂直土柱的入渗率时程曲线、浸润峰深度时程曲线及监测点体积含水率的变化规律;提出计算非饱和土体渗透系数的新方法,并结合试验结果,得到试验土样非饱和渗透系数与基质吸力的关系曲线。结果表明：(1) 降雨强度对垂直土柱的入渗影响较大,当降雨强度小于土柱最小入渗能力时,入渗率等于降雨强度;当降雨强度大于土柱最小入渗能力时,入渗率时程曲线呈无压入渗、有压入渗和饱和入渗3阶段变化。(2) 不同降雨强度下,土柱出现积水点和饱和点的历时不同,降雨强度越大出现积水点和饱和点的时间越短,有压入渗阶段越长。(3) 在同一降雨强度下,监测点距土柱上表面越远,其体积含水率时程曲线越密集;而同一监测点,降雨强度越大,其体积含水率时程曲线越稀疏。(4) 非饱和重塑黄土渗透系数随基质吸力的增大而减小,且渗透系数的对数与基质吸力呈线性变化。     

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。     

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。     

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.     

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。     

降雨条件下边坡入渗及稳定性分析

使用SWMS_2D模拟了降雨人渗条件下边坡含水量分布的变化过程,并将非饱和土体强度理论应用到强度折减法中,利用基于FLAC^2D的强度折减法对边坡稳定性进行了分析计算。以某公路边坡为例,模拟了不同时刻降雨人渗条件下的含水量分布,采用基于FLAC^2D的强度折减法进行计算,结果显示：降雨过程中边坡内土体含水量上升,非饱和土基质吸力减小,孔隙水压力值上升,边坡稳定安全系数明显降低,降雨结束1500min（25h）后边坡安全系数达最小为1．09。     

折减吸力在膨胀土静止土压力计算中的应用

非饱和土力学的研究水平目前还未进入实用阶段,主要原因在于吸力量测的困难。折减吸力的提出避免了吸力量测的困难。根据变形等效原则介绍了确定折减吸力的具体方法,为了避免吸力量测的困难,采用折减吸力代替真实吸力提出了一个计算膨胀土静止土压力的方法。进行不同水位和降雨入渗情况下的膨胀土静止土压力系数的计算,计算结果合理地反映了非饱和土土压力和膨胀量的分布趋势,计算结果验证了方法的合理性。     

降雨对非饱和黄土边坡含水量变化规律分析

首先确定了非饱和黄土的土-水特征曲线和渗透系数-基质吸力关系曲线及其参数,进一步通过非饱和渗流计算,研究了降雨对非饱和黄土边坡含水量的影响.揭示出坡高对边坡土体含水量分布影响较小,但边坡含水量增大区域随坡高的增加而增加.坡度越陡,降雨引起的坡体浸润区深度增加越大,不利于边坡稳定.土体干密度增加,降雨增湿区域变小,边坡稳定性较好.随初始含水量增加,降雨入渗区域和区内土体含水量增加.降雨历时越长,入渗深度不断增加,边坡土体湿软区不断增加,对边坡稳定性影响较大.在干旱半干旱地区,土体含水量较少,降雨入渗时边坡浸润区大小和含水量都增加缓慢,有利于边坡抵抗降雨入渗;在湿润地区,土体含水量较高,降雨入渗时边坡浸润区大小和含水量都增加较快,不利于边坡抵抗降雨入渗.     

土体在大气作用下吸力变化特征

自然界土体的力学特性随大气的变化而变化,本文目的就是探讨在大气作用下,土体吸力变化规律。对于土体的温度和吸力变化特征,采用Wilson提出的理论加以描述,在此理论中,分别利用Darcy和Fick定律描述水和蒸汽的流动规律,土水特征曲线和水力传导系数假定仅仅相关于非饱和土吸力,水的潜热系数是温度的线性函数,温度传导系数采用De Vries建议方程加以计算。文中考虑降雨、温度和风速等不同因素对岩土孔隙介质力学性质的影响,并利用Penman方程估算水的蒸发率。该理论被利用来模拟法国Boissy现场实测结果,其理论结果和现场实测结果是较一致的。     

非饱和土体在开挖扰动和降雨入渗影响下的稳定性理论与应用

结合国家自然科学基金重点项目<受施工扰动影响的土体环境稳定理论与控制方法>,以基坑工程作为研究的工程背景,系统地研究了开挖扰动和降雨入渗对非饱和土工程性质和工程稳定性影响.将开挖扰动对土体的影响用应力路径的变化来反映,通过模拟应力路径变化的三轴试验,研究了开挖扰动对土的工程性质的影响,为了提示土样受开挖扰动后工程性质发生变异的原因,在电镜下观察了开挖扰动土样的微观结构,结合具体的基坑工程研究了开挖扰动对土体工程稳定性的影响.主要研究结论是1.开挖扰动对土体的强度参数有明显的影响,但对内磨擦角φ值的影响更为明显.2.电镜观察结论表明(1)原状土一般为架空结构或骨架结构,结构疏松,颗粒之间呈点结触或者接触程度较差,粘土矿物胶结,整个界面比较平稳,无明显折段或错动痕迹.(2)开挖扰动后土体的原始结构受到损伤,颗粒之间的胶结物(粘土矿物)发生不同程度的破裂、断开或错动,局部胶结差的地方,原来胶结在一起的颗粒被撕裂断开.(3)微观结构的损伤是导致土体强度降低的内因,造成这种损伤的关键因素就是基坑开挖后边坡土体内应力场的变化,电镜照片有助于从微观角度揭示受开挖扰动影响的土体强度降低的本质.3.针对具体工程的计算结果表明开挖扰动对边坡稳定性的影响幅度大约在10%左右,当边坡安全储备比较大时,开挖扰动的影响尚不至于造成边坡失稳,但是在边坡安全储备不大且在降雨等其他不利因素的共同作用下,开挖扰动的影响就不能忽略.依据非饱和土的强度理论和常规的边坡稳定性分析方法,建立了分析非饱和土边坡稳定性的计算模型和计算程序。非饱和土基质吸力与土体含水量有着密切的关系,降雨入渗是导致土体含水量发生变化的一个主要因素。现有的非饱和土工程设计理论主要沿用饱和土的理论,基本不考虑含水量的变化对工程稳定性的影响。论文运用非饱和土壤水分运动的基本理论,结合北京地区的降雨特征和地下水位特点,以含水量作为控制变量建立了降雨入渗的一维数学模型,在计算模型中通过变换上边界条件,考虑了降雨过程中土壤入渗能力的变化,采用有限差分法编制了计算程序,可以求解给定降雨条件的边坡土体瞬态含水量的数值解,根据试验确定的土-水特征曲线,计算了降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响,系统地讨论了降雨强度、持续时间、土壤初始含水量和土的渗透系数等参数与边坡稳定性的关系。     

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.雨水的入渗在引起土体抗剪强度参数降低的同时,还将导致土体重度的增加、基质吸力的降低,最终造成边坡的失稳.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.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,从而使得土体中的含水率累积升高;暂态饱和区的形成与降雨强度、降雨时间具有十分密切的关系,暂态饱和区形成时间、雨水入渗深度、土体表面体积含水率大小分别与降雨强度存在函数关系;清晰描述了暂态饱和区形成-发展-消散-地下水位升高的全过程,从该过程看,边坡排水措施的设计值得思考.     

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。     

折减吸力在非饱和土土压力和膨胀量 计算中的应用

 根据变形等效原则介绍确定折减吸力的具体方法,采用折减吸力代替真实吸力进行非饱和土土压力系数和膨胀量的计算,计算不同水位条件下非饱和土的静止土压力、主动土压力、被动土压力以及不同水位条件下非饱和土的膨胀量和降雨条件下非饱和土的膨胀量。计算结果合理地反映了非饱和土土压力和膨胀量的分布趋势。将计算结果与离心模型试验和模型槽试验结果进行对比,两者具有很好的一致性。     

非饱和膨胀土地区挡墙土压力探讨

根据土力学原理,探讨了气候影响下非饱和膨胀土对挡墙的土压力计算方法和过程,根据土体的基质吸力,利用土体弹性平衡,求取土体裂缝开裂深度,将开裂深度范围内土体作为超载作用在下卧土层上,利用极限平衡条件,求取挡墙土压力的数值,同一挡墙不同时间的土压力是不同的。     

降雨入渗对非饱和黄土边坡稳定性的影响分析

开展降雨条件下黄土边坡的非稳态渗流有限元计算,分析降雨过程中黄土边坡孔压分布以及边坡稳定系数的变化规律,得出以下结论:降雨导致的非饱和黄土边坡表层土体基质吸力丧失是诱发浅层滑坡的重要原因。     

基于土体孔径分布的土水特征曲线预测

土水特征曲线(SWCC)是描述非饱和土的吸力与饱和度或含水率关系的一条重要曲线,是分析非饱和土的强度、变形及渗流的重要基础。室内直接或间接测量土体的吸力非常耗时。为了快速准确获取非饱和土体的SWCC,提出了基于土体的孔径分布(PSD)预测SWCC的改进方法。该方法采用压汞试验(MIP)测量土体的PSD,采用滤纸法测量土样的一个吸力值及其对应的饱和度,再根据该点的试验结果对MIP试验测得的土体孔隙体积进行校正,并采用校正后的孔隙体积来计算不同吸力条件下土体的饱和度。该方法可以克服MIP试验测得的孔隙体积偏小的问题。通过对9组土样校正前后预测SWCC与实测SWCC的对比分析,表明了该方法可以较为准确地预测非饱和土体的SWCC。在此基础上,可以方便快捷地得到多组土体的SWCC拟合参数及其概率统计特征。