降雨入渗对边坡性状影响的模型实验研究

通过构建不同坡角边坡物理模型分别进行人工模拟降雨实验,对坡体进行分层监测。采用自动水份传感器测定坡体不同位置处含水率;用光纤传感器测定坡体内不同深度处应变;用压力盒测定坡体前端不同深度处推力。得到在降雨入渗作用下边坡性状的变化规律:①边坡坡体含水率、坡前推力、坡体变形在降雨期增大,雨后随时间逐渐减小。②受降雨入渗作用影响,土体含水率增长由坡面开始逐渐向下发展,坡体表层附近的含水率变化最大,底层变化最小。坡前推力、坡体变形在坡体深度方向上,由浅入深受降雨影响逐渐减弱,即表层受影响最大,底部受影响最小,这解释了降雨诱发的均质土坡破坏容易出现在浅层的原因。③受相同降雨条件的影响,20°坡角边坡模型产生变化较大,但响应较晚,而10°坡角边坡模型产生变化较小,但响应较早。     

降雨入渗对含软弱夹层顺层岩质边坡性状影响的模型试验研究

 为揭示降雨入渗对于含软弱夹层顺层边坡性状的影响,结合室内叠加喷洒降雨技术和光纤光栅监测技术,开展大型地质力学模型试验,分别针对不同岩层倾角、有无支护结构的顺层边坡,探讨降雨工况下坡体内部关键位置处的物理量发展模式和变化特征。结果表明,在相同降雨条件下,对于含软弱夹层的顺层边坡,无支护时的位移发展模式具有陡变性、牵引性的特点,而有支护时的位移发展模式具有渐进性、推动性的特点;降雨导致边坡层间错动的现象受岩层倾角影响较大,当倾角达到35°时层间错动将较为明显,应充分重视深部位移和含水率的监测。无支护顺层边坡的软弱夹层泥化贯通位置主要位于坡体前部,有支护顺层边坡的泥化位置则位于坡体后部,可据此确定不同形式边坡的重点监控位置。随降雨入渗时间的持续,支护结构对于坡体的抗滑力从由锚杆受剪提供转向由框架受压带动锚杆受拉提供。试验结果可为类似边坡工程的加固设计和防灾监控提供参考。     

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。     

华南典型巨厚层红层软岩边坡降雨失稳的模型试验研究

 针对华南巨厚层红层软岩边坡在强降雨条件下极易致灾的问题,采用相似理论,通过制备可表征软岩遇水软化特性的相似材料,构建巨厚层红层软岩边坡相似模型,研究其在中小雨(雨强Id＜25 mm)、大雨(25 mm≤Id＜ 50 mm)、暴雨(50 mm≤Id＜100 mm)等降雨模式下的灾变过程和规律。结果表明：(1) 该类型边坡的变形破坏受降雨模式的影响较大,大雨和暴雨等强降雨条件下边坡岩体逐渐崩解软化,在坡脚处首先达到饱和,产生初始裂缝,在重力及渗透力作用下,裂缝进一步扩展贯通,产生局部破坏,这样,坡脚之上的部分失去支撑,导致整个坡体产生牵引式滑坡。(2) 降雨入渗主要分为无压渗流、有压渗流与饱和渗流3个阶段,边坡表面裂缝主要出现在无压渗流阶段并在有压渗流阶段逐渐扩展贯通、在饱和渗流阶段发生破坏;降雨过程中超孔隙水压力的累积和消散改变了边坡有效应力场的分布,从而引起其位移。(3) 临滑阶段,有效应力和孔隙水压力比位移、位移变化速率等参数对边坡的破坏响应更敏感,因此提出基于应力监测的边坡灾变过程安全预警新思路。     

降雨诱发非饱和土边坡直线滑移的稳定性计算

根据Green-Ampt入渗原理,考虑降雨入渗及其对土体的物理力学作用,分析了雨水入渗非饱和土边坡坡面入渗规律,建立了非饱和土边坡坡面入渗模型,获得了雨水非饱和入渗过程中的雨水入渗深度计算式。通过分析降雨后边坡潜在滑移体的几何模型和力学特性,获得了滑移面倾角与边坡倾角、雨水入渗深度和坡高之间的关系,建立了降雨入渗影响下非饱和土边坡直线滑移与倾覆破坏的安全系数计算式,为分析降雨入渗非饱和土边坡稳定性提供了一种定量计算方法。     

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.     

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。     

持续降雨条件下土质边坡雨水入渗深度模拟试验

为了研究持续降雨入渗对土质边坡的影响,采用电阻法测定了降雨入渗土质边坡的入渗深度和入渗时间,分析雨水入渗深度、时间对边坡破坏的影响规律。结果表明,在坡面浅层范围内,雨水入渗深度与入渗时间可按线性关系拟合,离坡面深5cm范围内,不同位置处的雨水入渗时间和入渗规律基本相同,即离坡顶越近,雨水入渗深度越浅。模拟试验研究对持续降雨条件下土质边坡失稳防治有一定的指导作用。     

矿山边坡水土流失过程室内模型试验

为了研究降雨入渗对矿山边坡孔隙水压力、含水量、边坡坡面形态变化的影响,以焦作市某矿山边坡的水土流失问题为例,通过人工降雨实验研究了不同压实度、坡度和降雨强度对矿山边坡水土流失的影响。通过实验进行了研究区水土流失过程模拟,结果表明:人工降雨引起浅层土体孔隙水压力和含水量增大,致使土体有效应力减小,抗剪强度降低;随着降雨的进行,水分逐渐向坡体入渗,土体含水率增大,边坡稳定性变差;雨水冲刷引起坡面冲沟发育,坡脚最先发生破坏,含水率和孔隙水压力突变;降雨强度对边坡稳定性有重要影响,坡度变化的影响不显著。     

珠海某隧道洞口崩塌边坡稳定性分析

隧道洞口边坡发生崩塌对隧道结构及道路车辆人员构成威胁,及时分析边坡稳定性,并采取行之有效的治理方案至关重要。利用理正软件分析边坡稳定性,再利用Geo Studio软件分析边坡在暴雨工况下的渗流特征。由稳定性计算结果可知该边坡5-5′剖面在地震工况下稳定系数为0.963,为最危险剖面。由渗流计算结果可知：该崩塌边坡在降雨初期,雨水从坡面覆盖层渗入坡体,易发生浅表层滑移;持续降雨条件下,雨水通过岩体结构面持续向边坡内部入渗,边坡抗剪强度降低,雨水软化坡脚填土,边坡底部失去支撑,易发生整体滑坡。针对上述特征提出以下治理建议：采用放坡和锚杆格构梁进行治理,并对坡脚进行反压及水泥硬化,同时对坡面进行硬化或绿化,完善截排水系统。     

降雨条件下公路边坡稳定性数值分析

基于饱和—非饱和渗流理论和有限元强度折减理论,利用数值仿真方法,模拟了不考虑降雨条件和考虑降雨条件两种情况下边坡稳定状况,计算了降雨条件下边坡的孔隙水压力、位移等的变化情况,分别计算了相应的边坡安全系数,并对其边坡稳定性进行了评价,其分析结果对降雨条件下公路边坡的安全设计具有指导作用。     

降雨条件下雅砻江某边坡稳定性研究

以雅砻江某边坡为例,模拟该边坡不同时段随降雨产生的饱和—非饱和渗流问题,得到各个时段边坡的负孔隙水压和体积含水率并且通过云图表示,计算该边坡各个时段安全系数,得出降雨条件下该边坡安全系数随着降雨条件的变化规律。     

公路边坡降雨入渗的数值模拟

根据岩土饱和-非饱和渗流理论,通过降雨入渗模型及其有限元分析方法,结合工程实例,在强降雨条件下数值模拟了公路边坡地下水渗流场动态,得到了降雨过程中边坡地下水压力水头、总水头变化、流速的变化规律,对有关的边坡稳定性分析提供了参考数据.     

降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响

研究降雨入渗对边坡稳定性的影响规律。采用有限元法进行非饱和土边坡的二维非稳态渗流计算,考虑基质吸作用利用极限平衡法进行非饱和土边坡稳定安全系数计算,进而通过算例计算,分析了降雨过程中及降雨之后,边坡内孔隙水压分布、潜在滑裂面位置以及边坡稳定安全系数的变化情况。着重分析了降雨强度和降雨持续时间的影响,并特别注意分析降雨结束后的边坡稳定性。算例表明某些情况下边坡安全系数最小值出现在降雨之后的数小时或数天,而非降雨的过程中或降雨刚刚结束之时。     

无限长均质斜坡降雨入渗解析解

降雨是导致边坡失稳的最主要的环境因素,研究降雨入渗对边坡稳定性的影响,关键和难点是计算降雨入渗在边坡土体中引起的渗流场。采用Fourier积分变换分别对降雨强度小于和大于土体饱和渗透系数情况下的斜坡入渗解析解进行了推导,并给出了这两种情况下斜坡入渗解析解的统一表达式。该解不仅能反映非饱和土特性及斜坡的影响,还能反映当降雨强度大于土体饱和渗透系数时,坡面边界由流量边界转化为水头边界的动态变化过程,便于更全面地对降雨情况下斜坡的入渗规律进行研究。通过与有限元软件的计算结果进行对比,证明该解是稳定可靠的,且其形式简单,计算效率高;该解可精确计算坡面积水时间及任意时间点及空间点的孔隙水压力值,并用于评估降雨入渗对非饱和土斜坡稳定性的影响。     

考虑运行风险的某岩质边坡坡比优选分析

为了研究某水电站岩质边坡在运行期内不同坡比下的抗风险能力并优化坡比,设计了不同工况(暴雨、地震)和不同坡比下的数值模拟分析。结果表明:(1)坡比一定时,随着降雨强度增加,位移逐渐增大,拉应力则变化较小;随着地震烈度增加,位移和拉应力均逐渐增大,且趋势愈明显。(2)断层区域对坡体位移场有着明显的分割作用,顺向断层则会使应力沿断层方向发生突变。(3)暴雨和地震分别作用下,边坡越陡最大位移均出现了不同程度的减小,且地震强度越大,最大位移对坡比越敏感。(4)在考虑边坡稳定性与工程造价的前提下,对开挖坡比进行组合优化设计后在各工况下为最优选择。研究成果对该工程边坡开挖施工具有较大的参考价值。     

Centrifuge model test and numerical interpretation of seismic responses of a partially submerged deposit slope

Partially submerged deposit slopes are o ften encountered in practical engineering applications.Howeve r,studies on evaluating their stability under seismic loading are still rare.In order to understand the seismic behavior of partially submerged deposit slopes,centrifuge shaking table model tests(50 g) were employed.The responses of horizontal accelerations,accumulated excess pore pressures,deformation mode,and failure mode of the partially submerged deposit slope model were analyzed.In dynamic centrifuge model tests,EQ5 shaking event was applied numerically.The results indicated that in the saturated zone of the deposit slope,liquefaction did not occur,and the measured horizontal accelerations near the water table were amplified as a layer-magnification effect.It was also shown that the liquefaction-resistance of the deposit slope increased under multiple sequential ground motions,and the deformation depth of the deposit slope induced by earthquake increased gradually with increasing dynamic Ioad amplitude.Except for the excessive crest settlement generated by strong shaking,an additional vertical permanent displacement was initiated at the slope crest due to the dissipation of excess pore pressure under seismic loading.The result of particle image velocimetry(PIV) analysis showed that an obvious internal arc-slip was generated around the water table of the partially submerged deposit slope under seismic loading.     

基于转动–平动组合破坏机构的含软弱夹层土坡降雨入渗稳定上限分析

软弱夹层、降雨等因素对边坡的整体稳定性有着很大的影响。软弱夹层会使得边坡的破坏形式发生改变,从而降低其稳定性;而降雨不但会使得边坡的稳定性变差,甚至有可能使边坡内形成更加软弱的夹层。但是目前尚未有一个简单合理的方法来分析这种类型边坡的稳定性。基于转动–平动组合破坏机构,提出了一种用于含软弱夹层边坡降雨入渗稳定性极限分析上限法。采用非饱和非稳定渗流分析计算得到的浸润线位置结合降雨后的土体强度及组合破坏机构分析含软弱夹层边坡降雨入渗的稳定性,通过与弹塑性有限元数值模拟结果进行对比,验证了本文方法的有效性。分析表明,组合破坏机构能够很好的用于含软弱夹层边坡的稳定性分析并为实际工程提供一个简单有效的设计方法。