膨胀土边坡渗流数值模拟及稳定性分析

采用有限元软件(Seep/W和Slope/W)开展一系列瞬态渗流和极限平衡分析,研究不同降雨强度与历时对膨胀土边坡渗流场的影响,分析降雨强度及历时、不同坡比和坡高等因素对边坡稳定性的影响,分析其浅层破坏的原因。结果表明:必须考虑风化裂隙导致浅表层土体渗透系数增大对膨胀土边坡渗流场的影响;降雨强度及历时对边坡土体孔隙水压力分布影响显著,相同降雨强度条件下,历时越长,影响深度越深、范围越大,孔隙水压力变化越大;相同历时条件下,持续降雨强度越小,影响深度越浅、范围越小,孔隙水压力变化越小;安全系数随降雨强度的增大,其下降速率越快,达到破坏所需的时间越短;边坡浅层达到饱和时,坡高及设置平台对边坡安全系数影响不大,均发生浅层破坏;安全系数随坡率的增大而增大,但对某些膨胀土边坡而言,采用放缓坡率的做法并不可取。     

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。     

降雨入渗条件下土质边坡的稳定性分析

降雨对边坡的稳定性具有重要影响。在降雨作用下,土坡中的饱和度及含水率增加,基质吸力减小,而水、气压力的变化又影响着土体骨架的变形。文章基于饱和–非饱和渗流分析及强度折减法,对降雨作用下的土质边坡进行了固体和流体的耦合分析及不耦合分析,研究了饱和渗透系数及降雨强度对边坡安全系数及滑面位置的影响,并分析了安全系数及滑面位置与时间的关系。研究表明:土体的饱和渗透系数对边坡的稳定性影响很大;对于渗透性较好的土体,降雨强度越大,在降雨作用下边坡的安全系数变化程度也越大,安全系数降低及恢复的速度也越快;对于渗透性较差的土体,降雨强度对边坡稳定性的影响有限;在相同的计算条件下,不耦合分析对应的安全系数小于耦合分析的相应值;在不同强度的降雨作用下,滑面位置变化的范围有所不同,不耦合分析的滑面位置变化范围主要出现在坡肩,而耦合分析的滑面位置变化范围主要出现在坡脚。     

降雨入渗条件下抗滑桩加固边坡稳定性分析

采用有限差分软件FLAC~(3D)内置FISH语言编制相关程序,将边坡非饱和区渗透系数和基质吸力随饱和度的变化关系嵌入到数值计算中,实现了降雨入渗条件下边坡非饱和渗流过程的模拟,结合基于Fredlund双应力状态变量理论的强度折减法,进一步实现了非饱和边坡的稳定性分析。基于某典型抗滑桩加固边坡算例建立数值计算模型,研究了降雨入渗对边坡孔隙水压力分布及边坡稳定性的影响,并对降雨强度、基质吸力及桩顶约束形式对边坡稳定性的影响进行了参数分析。研究结果表明:降雨入渗条件下,随降雨历时增加,湿润锋线不断向坡体内部推进,基质吸力明显减小,边坡安全系数显著降低;边坡安全系数随降雨强度增大而减小,当降雨强度超过土体饱和渗透系数后,边坡安全系数随降雨强度变化不大,并趋于稳定;基质吸力对边坡稳定影响显著,考虑基质吸力时边坡安全系数明显提高;在桩顶设置预应力锚索可使桩身位移明显减小,边坡安全系数提高。     

降雨强度对边坡稳定性影响的数值模拟研究

影响边坡稳定性的因素很多,利用数值模拟分析方法研究了降雨历时、降雨强度对边坡稳定性的影响.模拟结果表明,在相同坡角、相同降雨时间时,降雨强度越大,安全系数下降越快,土中孔隙水压力变化越快,土体位移变化越大,边坡稳定性降低越快;降雨强度大的边坡滑动要先于降雨强度小的边坡,降雨强度越大土体越先达到稳定状态,降雨强度大的边坡的入渗深度总是大于降雨强度小的边坡的入渗深度,降雨强度大的边坡安全系数始终低于降雨强度小的边坡的安全系数.     

基于三剪统一屈服准则的边坡稳定性计算

基于三剪统一屈服准则讨论了边坡稳定性计算的问题,得到了基于三剪统一屈服准则瑞典条分法计算边坡稳定性系数的计算公式。实例计算结果表明土中应力状态、土的抗剪强度指标以及中间主应力系数b对安全性系数都有一定的影响。Lode参数μ00时安全系数随其增大而减小,当μ00时安全系数随其增大而增大,安全系数随着土体内摩擦角以及黏聚力的增加而增大,安全系数随着b值的增加而增大。考虑了中间主应力的影响,能更充分利用材料的强度潜力,可提高边坡安全稳定性系数。     

坡顶超载下边坡稳定性极限上限分析

边坡的安全稳定目前仍是工程的重要问题。文中假定土体符合理想的弹塑性本构模型,建立了坡顶超载下的二级边坡计算模型,运用极限分析上限定理和强度折减法,确定边坡安全系数的上限解,同时探究边坡不同参数对安全系数的影响情况,结果表明坡顶超载的增大导致边坡安全系数的减小;边坡倾角越大,安全系数随坡顶荷载增大而降低的速度越慢;内摩擦角的减小和宽高比的增大,影响边坡安全系数逐渐减少;随着荷载至坡肩水平距离的增大,坡顶超载的影响不断减弱,当此距离足够远时,超载强度对边坡稳定性基本没有影响,说明坡顶荷载对边坡的稳定性影响具有一定的作用距离。分析结果对坡顶超载下的边坡稳定性评估及设计施工具有一定参考价值。     

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。     

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。     

降雨入渗对湿陷性黄土边坡稳定性影响

在降雨环境下,湿陷性黄土边坡容易出现失稳现象。基于陕西某黄土边坡评估工程对降雨作用下湿陷性黄土边坡稳定性进行评估,具体结论如下:对于湿陷性黄土边坡而言,随着降雨时间的增加,水体入渗的深度逐渐增加,边坡安全系数逐渐降低;在渗流作用下,土体强度衰减比越小,边坡的安全系数越小;为了保证湿陷性黄土边坡稳定性,应该注意边坡坡面的防水,防止降雨入渗削弱边坡稳定性。     

降雨条件下弃渣场边坡渗流特征与稳定性分析

降雨影响边坡稳定性，是滑坡地质灾害的重要诱因。以某工程弃土场边坡为研究对象，借助Geo-Studio软件SEEP/W模块，对持续降雨与不同强度降雨条件下边坡渗流特征进行研究。采用极限平衡方法，通过SLOPE/W模块对不同降雨时长条件下边坡稳定性进行分析。结果表明：降雨初期边坡浅层孔隙水压力变化幅度大，然后迅速趋于平稳。在相同降雨历时条件下，大暴雨、暴雨以及大雨对边坡孔隙水压力影响程度逐渐减弱。在持续降雨7 d后，不同降雨强度对应的入渗深度分别为：12.1 m、6.9 m以及1.6 m。在大暴雨条件下，随着降雨时间不断增加，边坡安全系数呈现不断降低的趋势，从天然状态下的1.903减小至1.765,安全系数降低了8%,但仍然大于暴雨工况下规范所规定的1.20。因此，该弃土场边坡安全系数满足规范要求。研究内容将为今后类似边坡降雨条件下稳定性评价提供参考。     

降雨强度对非饱和土质边坡影响的研究

为研究降雨强度对非饱和土质边坡的影响,基于广州市某地铁车辆段土质边坡为背景,分析了不同降雨强度下边坡滑面位置、孔隙水压力、安全系数的变化规律。结果表明,随着降雨强度的增大,滑面位置变浅、孔隙水压力增大、安全系数减少,边坡支护设计时应考虑降雨强度的影响。     

不同前期降雨与土–水特征曲线对边坡稳定的影响

以一均质边坡模型为例,研究了在土–水特征曲线(SWCC)中当土体饱和渗透系数保持不变,而其它参数变化情况下,不同前期降雨类型对边坡稳定的影响。结果表明:边坡稳定受土–水特征曲线参数不同程度的影响,其中进气值a对边坡稳定的影响最大,n值的影响相对较小。在不考虑主降雨情况下,当a值较小时,前期降雨主要引起边坡表层孔隙水压力的变化,对边坡安全系数影响并不大;当a值较大时,前期降雨的影响范围增大,甚至使地下水位抬升,对边坡安全系数影响较大,且后锋型前期降雨影响最大。考虑有主降雨情况下,当a值较小时,前期降雨类型对主降雨阶段边坡稳定几乎没有影响;当a值较大时,前期降雨类型将导致主降雨开始时刻孔隙水压力分布差异很大,进而导致主降雨阶段边坡最小安全系数差别很大;n值越大,边坡孔隙水压力受到的影响越大,从而导致主降雨阶段边坡最小安全系数也更小。     

降雨入渗深度对边坡稳定性的影响

本文针对降雨入渗深度对边坡稳定性影响的问题,从能量的角度推导土体最大入渗深度的理论公式,通过室内试验模拟不同降雨强度条件下土体入渗深度变化特征,基于有限元模拟软件模拟降雨入渗条件下边坡的渗流场演化规律与孔隙水压力的空间分布特征,并基于数值模拟结果拟合出降雨入渗深度与边坡安全系数的函数关系。研究结果表明:不同深度土体的能量梯度是雨水能够向下渗透的内在原因,降雨最大入渗深度与土体孔隙水压力有关,且随着降雨入渗深度的不断增加,边坡安全系数持续减少,二者呈二次函数关系。     

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。     

植被边坡稳定性的影响因素分析

我国生态护坡理论研究主要集中在生态效益这一方面,对于护坡材料的成型机理、植生机理、护坡机理等研究不多,理论远远落后于防护技术应用的发展.本文采用科学软件CHASM(The combined hydrology and stability,model)研究植被类型、降雨、填土材料内摩擦角等因素对边坡稳定性的影响,探究生态护坡工程的机理.不同的植被类型对边坡稳定性的影响程度不同.植草提高边坡安全系数的效果比植树强,草木结合种植的效果最好.降雨强度不同,植被对安全系数的影响也不同.当降雨作用没有超过植被的调节能力时,边坡安全系数基本在提高;反之,边坡安全系数会出现明显的下降.植被对不同强度填料的边坡影响程度基本类似.     

初始渗流场对渣土场边坡降雨入渗特征及其稳定性的影响

渣土场是容纳弃土和弃渣的主要场所,由于堆填材料和压实方法的差异性,研究初始渗流场对计算渣土场边坡的降雨入渗特征及其稳定性的影响具有现实意义。以深圳市部九窝渣土场边坡为研究对象,运用非饱和渗流原理和非饱和土强度理论建立数值计算模型,设计了不同初始渗流条件和不同降雨强度的计算方案,揭示了渣土场边坡在降雨作用下的渗流特征及其安全系数变化规律。结果表明:初始渗流场和降雨强度对渣土场边坡的降雨入渗特征和稳定性影响显著;竖直方向流速峰值和孔隙水压力上升速率与初始基质吸力呈正相关关系;当降雨强度为3.5mm/h,监测点1在初始基质吸力为-25、-50、-75kPa时达到饱和的时间分别为10.9、20.2、25.5h;竖直方向流速、体积含水率上升速度和孔隙水压力上升速率与降雨强度呈正相关关系;在初始基质吸力为-25kPa和降雨强度为3.5mm/h时,渣土场边坡安全系数下降明显,需要采取必要的工程措施。     

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。     

路基工程中植被边坡的安全技术指标分析

随着环境保护意识的提高,采用植被对路基工程进行护坡的措施受到广泛关注。我国生态护坡理论研究主要集中在生态效益这一方面,理论远远落后于防护技术应用的发展。采用科学软件CHASM(Combined hydrology and stability model)研究考虑降雨影响的生态护坡工程的工作机理,并确定路基植被边坡的主要安全技术指标。填土内摩擦角φ为30°,宜选取小于35°的边坡角,植被对边坡稳定性影响是有限的。植被使不同强度的填土边坡安全系数提高10%～12%。高渗透性路基,坡面种植树木的边坡安全系数比坡脚种植的高,移除坡脚的植被相对安全;低渗透性路基,植被对边坡安全产生负效应。降雨强度不同,植被对安全系数的影响也不同,当降雨作用没有超过植被的调节能力时,边坡安全系数基本在提高;反之,边坡安全系数会出现明显的下降。     

黄土力学参数对边坡稳定性的影响

依托实际工程,通过有限元数值分析,开展了不同土体力学参数对边坡稳定性影响的研究,得出边坡稳定性随着土体重度γ的减小而增大;边坡稳定性随着土体粘聚力C、内摩擦角φ、土坡坡角θ的增大而增大。这四个参数对边坡的稳定性的影响较为显著,而土体的压缩模量E、泊松比μ对黄土土坡稳定性影响很小。