非饱和砂土坡面降雨非正交入渗试验与数值模拟研究

传统降雨入渗分析仅以降雨强度在坡面上的正交分量作为边界条件,不符合实际降雨非正交入渗规律。为了研究非饱和砂土的非正交入渗规律性,采用自行研制的室内降雨试验装置对非饱和砂土坡面进行了一系列不同降雨强度、坡角和孔隙比的降雨入渗试验,并对应地进行了正交入渗条件下的数值模拟。测量了入渗率、出渗速率及砂土储水增量随时间变化的关系曲线,分析了雨强、坡角和孔隙比对试验结果的影响。试验结果显示各试验中均无坡面径流现象,与正交入渗边界理论差异显著。通过分析非饱和砂土在传统坡面降雨正交入渗边界条件下的入渗率、出渗速率及砂土储水增量等数值模拟结果与对应的降雨入渗试验结果的差异,证明按正交入渗边界理论计算得到的砂土坡面土体含水率、入渗能力及坡面边界条件转化的判别机制均与实际情况不符。     

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。     

非饱和非稳定渗流作用下边坡稳定的有限元塑性极限分析下限法

常规的土坡稳定性分析方法主要是基于饱和土理论和稳定渗流情况,难以反映降雨作用和水位骤降对边坡稳定的影响,而实际上相当一部分坡体失稳是由于非饱和非稳定渗流引起的。基于Bishop提出的非饱和土有效应力原理以及Fredlund双应力强度理论,将任意时刻的水压力当做体积力考虑到平衡方程中,用基于有效应力的方式建立满足平衡条件、间断条件、应力边界条件以及屈服条件下考虑非饱和非稳定渗流作用的下限法非线性规划模型,并且编制了相应的程序。通过对降雨入渗和库水骤降的边坡数值算例的分析,验证了所提方法的正确性,对非饱和非稳定渗流作用下土坡失稳的规律有了进一步的认识。     

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。     

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.     

强降雨条件下含软弱夹层粘性土坡稳定性分析

为了分析含软弱夹层粘性土坡在强降雨条件下的稳定性,结合某失稳边坡工程现场实际调研资料,基于饱和非饱和渗流与非饱和抗剪强度理论,提出了一种新的含软弱夹层粘性土坡稳定性分析方法,并利用该方法分析了强降雨条件下边坡的渗流特性及安全系数变化规律。分析结果表明:降雨入渗先在边坡软弱夹层内形成暂态饱和区,且当坡顶入渗的雨水未渗流至软弱夹层时,夹层内暂态饱和区中的雨水会沿夹层上表面向着坡顶方向渗流;降雨入渗过程中,边坡基质吸力与铅直有效应力之间存在严格的正相关变化关系;随着降雨历时的增加,塑性区首先在软弱夹层内部贯通,然后向坡顶扩展,边坡安全系数逐渐降低;降雨停止一段时间后,由于坡顶入渗雨水的补给,软弱夹层内局部将仍存在暂态饱和区,此时,塑性区面积会由坡顶向软弱夹层内部减小,再由夹层内部至坡面逐渐缩减,但边坡安全系数并未明显上升;根据数值计算结果可将粘性土坡失稳过程分为夹层软化、夹层挤压、拉伸裂缝、坡顶沉降和断裂滑移等5个阶段。因此,为了降低强降雨对边坡稳定性的影响,在含软弱夹层粘性土坡支护设计时应着重考虑边坡排水系统的合理布设。     

强降雨下元磨公路典型工程边坡稳定性研究

根据饱和非饱和降雨入渗有限元模拟技术和非饱和土强度理论,研究考虑非饱和区强度变化及饱和区渗透力影响的降雨过程边坡稳定性强度折减分析法.将此方法应用于元磨公路K261段典型滑坡体工程边坡,进行降雨过程边坡变形情况及稳定性变化分析.分析结果表明:在强降雨条件下,地表水入渗将直接导致非饱和区范围缩小、压力水头升高及局部暂态饱和区出现;考虑非饱和区强度变化及饱和区渗透力影响,降雨入渗时边坡稳定性将明显下降;现实施的抗滑桩、预应力锚索等加固结构对提高工程边坡稳定性有重要作用,但目前边坡稳定程度仍处于较低的安全裕度状态;连续降雨同时存在地震的极端条件,边坡可能再次失稳滑移.加强坡面防渗坡体排水对提高边坡稳定性具有重要作用.为确保工程边坡长期稳定,建议在6级工程边坡平台位置局部增设预应力锚索抗滑桩.     

降雨条件下含软弱夹层土坡的离心模型试验研究

进行了降雨条件下含软弱夹层黏性土坡的离心模型试验。试验主要研究了降雨条件下坡体的吸力和变形规律,重点分析了软弱夹层对坡体的影响。测量了含软弱夹层黏性土坡的位移和土坡内一点的吸力。试验结果表明由于软弱夹层的遇水软化和高渗透特性,降雨后含软弱夹层黏性土坡在软弱夹层发生滑出。降雨条件下含软弱夹层黏性土坡的变形可以分为均匀变形、错动阶段和滑坡3个阶段。对降雨过程中的吸力变化与坡体应变变化进行了分析,表明可以通过坡体中各点应变的发展反推出降雨入渗时刻和分布。软弱夹层的存在造成了降雨入渗分布的变化,导致了坡体错动带在该处不再连续,并降低了边坡的稳定性。     

持续降雨作用下折线型滑裂面堆积体滑坡稳定性分析

青藏高原边缘地带堆积体滑坡的发生与降雨密切相关,其中不少滑坡的滑裂面为折线型。为研究折线型滑裂面堆积体边坡在持续降雨作用下的稳定性,首先,基于传统降雨入渗Green-Ampt(G-A)模型,同时考虑边坡倾角、饱和区渗流和非饱和区渗透系数变化的影响建立适用于有限长边坡的降雨入渗模型;其次,结合不平衡推力法和降雨入渗模型,推导折线型滑裂面堆积体边坡在持续降雨作用下稳定性动态变化的计算公式;最后,对比现场入渗试验结果验证所提出入渗模型的合理性,并基于舟曲江顶崖堆积体滑坡与传统入渗模型下稳定性算法进行对比。研究结果表明：(1)降雨强度、边坡坡面倾角、渗透系数等都影响着坡体饱和层的形成快慢以及湿润层厚度的扩展速度;(2)降雨入渗开始阶段,三种模型得到的湿润层扩展速率相同,随着降雨的持续,本文模型计算的湿润层扩展速率大于G-A模型而小于分层假定入渗模型;(3)江顶崖堆积体滑坡的稳定性随着降雨的持续逐渐减小,降雨初期,滑坡稳定性下降较快,降雨后期,稳定性下降速率逐渐放缓;提出的稳定性计算方法得到的边坡滑动时间要早于传统入渗模型下稳定性计算结果。研究成果可供持续降雨作用下堆积体边坡稳定性分析参考。     

降雨入渗对非饱和黄土强度的影响分析

通过对降雨在非饱和黄土中的入渗模拟分析 ,确定了含水量在黄土剖面的变化规律 ,从而运用非饱和土的强度理论定量预测了降雨对非饱和黄土强度的影响大小 ,这对黄土地区的各类工程建设具有重要意义。     

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.     

基于随机多项式展开的流固耦合非饱和土坡概率反分析

降雨入渗条件下非饱和土坡流固耦合作用复杂,具有高度非线性的特点,一般采用数值方法模拟。数值模型计算量大已成为监测数据概率反分析的重要制约因素。提出一种基于随机多项式展开(PCE)的概率反分析方法。该方法采用随机多项式展开构建土性参数与数值模型响应的显式函数,作为概率反分析中原数值模型的代替模型,与基于贝叶斯理论和马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)模拟的概率反分析方法相结合,从而有效提高非饱和土坡流固耦合参数概率反分析的效率。通过降雨入渗非饱和土坡算例研究,结果表明,与基于数值模型的常规随机反分析相比,两种方法在后验分布统计值、95%置信区间等结果非常接近,基于PCE的概率反分析计算效率显著提高,结果可靠。     

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。     

降雨对北京奥林匹克森林公园主山稳定性的影响

基于非饱和土土力学中的饱和-非饱和渗流数学模型,通过模拟奥林匹克森林公园主山边坡因雨水入渗引起的瞬态渗流场,对土体中含水量、基质吸力的变化规律进行分析。在此基础上根据扩展Mohr-Coulomb破坏准则,采用极限平衡分析法对该边坡进行稳定性分析,进而得出边坡在降雨过程中不同时刻的安全系数。具体分析了不同降雨类型对非饱和土土坡渗流场分布、发展及其对土坡稳定性的影响。随后用概率方法对土性参数变异时山体稳定的可靠性给予分析。     

降雨对土坡稳定性影响的研究进展

降雨是诱发土坡失稳的主要因素,研究降雨对土坡稳定性的影响有着重要的意义。基于国内外关于降雨对土坡稳定性影响的研究成果,该文归纳了降雨入渗过程,尤其是气相对入渗过程的影响的研究成果,讨论了降雨诱发土坡失稳的机理,分析了目前考虑降雨情况下的土坡稳定性分析的极限平衡法与有限元法,为这一问题的进一步研究提供参考。     

考虑潜蚀影响的降雨入渗边坡稳定性分析

在降雨入渗作用下土坡内细颗粒会随渗流发生运移产生潜蚀作用。通过联立颗粒运移方程与非饱和土渗流方程,结合非饱和土水力特性方程和土体潜蚀本构关系,建立了渗流潜蚀耦合的边坡稳定性分析模型。采用有限元方法模拟了降雨入渗作用下潜蚀和入渗的相互作用,分析了初始饱和渗透系数、进气值参数对入渗和边坡稳定性的影响。结果表明：潜蚀主要发生在湿润锋范围内浅层土体,潜蚀加速了湿润锋下行速度,进一步降低边坡稳定性;饱和渗透系数、进气值是影响渗流潜蚀作用的主要因素;当降雨入渗强度大于饱和渗透系数时,饱和渗透系数越大,潜蚀对入渗和边坡稳定性的影响越显著;进气值越小,潜蚀作用对入渗和边坡稳定性的影响越显著。     

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.     

交河故城土遗址边坡降雨非饱和入渗分析

降雨非饱和入渗是诱发边坡失稳滑动的主要原因之一。本文基于饱和-非饱和降雨入渗理论,建立饱和-非饱和降雨入渗模型,并进一步建立了其数值计算模型,发展了相应的数值模拟技术。在前人工作的基础上,编制完善了饱和-非饱和降雨入渗有限元计算程序。选取新疆交河故城土遗址一典型边坡,详细分析了一个较为完整降雨入渗过程中边坡内部渗流场的分布特征;结果表明:所建立的饱和-非饱和降雨入渗模型较好的描述了降雨过程中边坡内部的渗流场分布,为进一步分析边坡在降雨非饱和入渗条件下的稳定性提供了支持。