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。     

膨胀土路堑边坡破坏研究

从膨胀土路堑边坡的破坏类型和机理出发,论述了膨胀土路堑边坡破坏的原因及处治时应考虑的因素,并对南昆铁路和云南楚大高速公路中出现的路堑边坡破坏问题进行了相关分析,提出了采用柔性支护技术处理膨胀土路堑边坡的思路。     

降雨入渗对非饱和膨胀土边坡稳定性影响的参数研究

对非饱和膨胀边坡在考虑暂态饱和－非饱和渗流的情况下进行了参数研究。研究的结果表明：裂隙的存在边坡中孔隙水压力和体积含水量分布有较大影响。膨胀土渗透性越低越应注意裂隙的作用。     

膨胀土边坡物理模型试验研究

进行了一系列压实膨胀土的大型静力模型试验,对边坡土体吸湿后的含水率、膨胀变形等进行了实时监测。试验成果显示,膨胀土边坡浅层土体吸湿后其含水率场分布不均匀,干湿分界面处土体易由于不均匀膨胀变形而导致局部剪切错动,并随水分在坡体内的迁移,局部滑动面逐渐向边坡纵深扩展,在不同深度、不同部位形成多重剪切滑动面,最终导致边坡整体塌滑。针对静力模型试验进行了考虑膨胀性的非线性有限元计算,比较了边坡自重条件下和吸湿后应力场的变化,可知吸湿引起顺坡向正应力在干湿分界面处变化剧烈,剪应力明显增大,强度折减法得到的模型试验边坡安全系数仅0.92。研究成果表明：影响膨胀土边坡浅层稳定性的最根本原因并非膨胀土的超固结性或裂隙性,而是土的胀缩特性。     

膨胀土路堑边坡稳定性分析方法

在介绍膨胀土的胀缩性、多裂隙性、超固结性三个基本工程特性基础上,将膨胀土路堑边坡划分为潜伏断面滑坡型、弧面渐进破坏型、浅表层滑塌型三种类型破坏模式。针对弧面渐进破坏型边坡,提出了能满足施工初期阶段精度要求的稳定性分析方法。     

降雨条件下膨胀土基坑边坡稳定性分析

应用非饱和土一维降雨入渗模型模拟膨胀土基坑边坡在降雨入渗条件下的水分运移规律。通过试验研究了合肥膨胀土抗剪强度随含水量变化的关系。在此基础上,研究了考虑降雨入渗影响的膨胀土基坑边坡稳定性问题。研究表明,随降雨历时的增加边坡的安全系数逐渐变小,边坡最危险滑动面有向浅层发展的趋势。对于膨胀土边坡的浅层滑动面,采用折线滑动面比圆弧滑动面更接近于实际情况。     

膨胀土渠道边坡的破坏与防治对策

膨胀土边坡的破坏在工程中极为常见,它是岩土工程的一个难题。当前对其破坏形式和破坏机理仍未形成统一的认识,影响了问题的解决。在对膨胀土地层结构分析的基础上,通过两个大型的现场试验,并结合许多滑坡实例,概括出膨胀土坡两种典型的滑动形式,即浅表层的膨胀型滑动(塌坡)和中深部的裂隙性滑坡,对膨胀土边坡的破坏有了新的认识。并分析了滑动的机理和影响因素,并对相应的处治对策提出了建议。     

浅析膨胀土边坡的破坏机理及防治措施

膨胀土是一种具有吸水膨胀、失水收缩特性的高液限粘土,工程性质极差。如果处理不当,对大型渠道、高速公路、铁路等工程会产生严重影响;反之,如果处理措施过于保守,又会导致建设资金的浪费。因此,研究膨胀土边坡的破坏特征与机理,寻找更加绿色、环保、安全和经济的处理措施,是非常有必要的。从膨胀土边坡的破坏特征、破坏机理出发,提出了膨胀土边坡的防治措施,探讨了各种治理措施的优缺点和膨胀土的重点研究方向,对膨胀土边坡的防治具有积极的指导意义。     

边坡的渐进破坏及稳定性分析

研究了边坡的渐进破坏过程对边坡稳定性的影响,提出新的接触单元模型并用有面上的接触摩擦状态,模拟边坡的渐进破坏过程和进行稳定性分析。在因应力调整而必须的反复分解过程采用了紧缩计算技术,使诸量成十倍地减小。计算结果表明,考虑渐进 坏过程所求得的稳定性安全系数比常规的不考虑渐进破坏过程的有限地凶分析所得的安全系数要小５％～１０％。     

裂隙膨胀土边坡稳定性评价

利用线弹性力学理论研究了膨胀土的裂隙性,假定基质吸力从地表到地下水位呈理想的线性分布,给出了裂隙扩展的弹性力学解.土中裂隙的开裂深度与土体的抗拉强度、泊松比、地下水位埋深以及土体SWCC特征曲线等土体特性参数密切相关.(s0+ct)/D为裂隙扩展深度的极值.研究了裂隙性对膨胀土超固结性和强度的影响,并在现场用物理和力学的方法实测了膨胀土的开裂(风化)深度.在此基础上,进行了考虑膨胀土裂隙性的边坡稳定性分析,在持续降雨72 h后,含2.0 m裂隙的膨胀土边坡的安全系数比不考虑裂隙的情况下降了0.76.因此,考虑裂隙的影响是非常必要的.     

大气作用下膨胀土边坡的现场响应试验研究

在广西南宁地区建立了缓坡、陡坡与坡面种草3种类型膨胀土边坡的原位监测系统。采用小型气象站、土壤含水率TDR系统、烘干法、温度传感器、测斜管和沉降板跟踪测试了边坡含水率、温度、变形等随气候变化的演化规律。认为降雨是膨胀土边坡发生灾变的最直接的外在因素,蒸发效应是边坡灾变的重要前提条件,而风速、净辐射量、气温和相对湿度是间接影响因素;土温变化可间接反映边坡不同位置的含水率变化性状;边坡变形主要集中在表层土体,坡中变形最大,其次是坡顶,坡脚处变形最小,陡坡在大气作用下发生了渐进性破坏;草皮覆盖有利于保持边坡表层土体水分、降低坡面冲刷和径流量、抑制边坡变形,且对土温有很好的削峰填谷作用。     

降雨蒸发条件下膨胀土边坡的变形特征研究

在典型膨胀土广泛分布的广西南宁地区建立缓坡、陡坡与坡面种草3种类型膨胀土边坡的原位监测系统,采用6参数小型气象站、测斜管和沉降板,跟踪测试边坡变形随气候变化的演化规律,揭示在降雨蒸发下膨胀土边坡的变形特征。认为降雨是导致膨胀土边坡变形最直接的气候因素,而蒸发效应是边坡变形破坏的重要前提之一;蒸发效应所产生的土体裂隙,使得吸湿条件下原位双环渗透试验获得的膨胀土水力特性具有与传统的非饱和土力学中的定义有相反的趋势,这也是膨胀土边坡在降雨入渗时发生变形乃至破坏的内在机制之一;通过对现场试验数据的拟合,建立了符合膨胀土边坡变形的经验性预测模型,其中边坡变形与土表净入渗量呈二次函数关系。     

Soil-water interaction in unsaturated expansive soil slopes

The intensive soil-water interaction in unsaturated expansive soil is one of the major reasons for slope failures. In this paper, the soil-water interaction is investigated with the full-scale field inspection of rainwater infiltration and comprehensive experiments, including wetting-induced softening tests, swelling, and shrinkage tests. It is demonstrated that the soil-water interaction induced by seasonal wetting-drying cycles is very complex, and it involves coupled effects among the changes in water content, suction, stress, deformation and shear strength. In addition, the abundant cracks in the expansive soil play an important role in the soil-water interaction. The cracks disintegrate the soil mass, and more importantly, provide easy pathways for rainfall infiltration. Infiltration of rainwater not only results in wetting-induced softening of the shallow unsaturated soil layers, but also leads to the increase of horizontal stress. The increase of horizontal stress may lead to a local passive failure. The seasonal wetting-drying cycles tend to result in a down-slope creeping of the shallow soil layer, which leads to progressive slope failure. Translated from Journal of Zhejiang University (Engineering Science), 2006, 40(3): 494–500 [译自: 浙江大学学报 (工学版)]     

降雨–蒸发条件下膨胀土裂隙演化特征试验研究

 为了解裂隙演化规律,在实验室模拟降雨–蒸发条件,开展一系列干湿循环作用下的膨胀土裂隙演化试验,记录土样干缩开裂、湿化愈合的动态演化过程。利用裂隙图像识别程序对裂隙面积率等参数进行定量分析;采用灌蜡法,观察裂隙最终形态并测量了裂隙的体积。试验结果表明：脱湿过程中裂隙发育分为缓慢→快速→缓滞增长3个阶段,其中,快速增长II阶段可完成整个裂隙发育的80%～90%;当土样基质吸力接近进气值时,土体开始出现裂隙,当含水率w接近缩限值时,裂隙发育接近停滞;干湿循环过程中,新生裂隙并不一定会在原裂隙处产生;干湿循环效应表现为：裂隙在干湿循环的作用下会逐步发育,主要体现在裂隙面积率与裂隙条数的增加,但随着裂隙发育的反复开裂、愈合使得膨胀土体结构趋于松散,拉应力势能储备逐渐降低,后期的干湿循环过程中,裂隙率、裂隙分维等形态参数会趋于稳定。灌蜡法测得裂隙体积167.8 cm3,约占试样总体积的4.8%,这一方法具有设备简单、操作性强的优势,为测量裂隙体积、观测裂隙三维形态提供了新的思路。     

膨胀土滑坡和工程边坡新型防治技术研究

国家重点研发计划项目“膨胀土滑坡和工程边坡新型防治技术研究（2019YFC1509800）”基于蒙脱石表面的分形模型,根据等温吸附理论,揭示膨胀土的水力作用机理,建立了膨胀变形理论和广义有效应力理论,提出了裂隙性膨胀土的剪切强度理论;根据膨胀土边坡失稳特征,将膨胀土边坡失稳滑动分为浅层裂隙控制滑坡和深层结构面控制滑坡,针对两种膨胀土滑坡类型,提出了膨胀土边坡安全性评价方法;将膨胀土边坡防治技术分为三类：分“隔”技术、支“挡”技术和加“固”技术（简称“隔”、“挡”、“固”）。分“隔”技术包括非膨胀性黏土盖层、土工编织袋、加筋反包和防排水结构层,支“挡”技术主要为各类挡土墙,如桩板墙、土工编织袋挡墙等,加“固”技术主要包括抗滑桩、锚杆等;提出了土工编织袋、加筋反包和桩板墙防治技术的标准化设计方法,完成了土工编织袋、加筋反包、防排水结构层和桩板墙的应用示范工程,采用现场全自动实时监测技术,验证了膨胀土边坡防护效果。     

膨胀土边坡长期强度变形特性和稳定性研究

调查表明,许多经计算分析认为稳定的新开挖膨胀土边坡随着时间的推移发生了失稳破坏,笔者利用离心模型试验针对这一问题开展了较为深入的试验研究。结果发现,干湿循环是导致这一问题产生的根本原因。干湿循环使得膨胀土边坡产生裂缝,随着干湿循环次数的增加,裂缝逐渐变宽变深。裂缝的存在不仅削弱了膨胀土边坡土体的结构,而且为水的入渗提供了通道,从而使土体软化,强度降低。每次干湿循环,膨胀土边坡均累积了向坡下的沉降和水平位移,随着干湿循环的次数的增加,不论边坡土体密度高低,最终都将导致膨胀土边坡的渐进破坏。室内三轴试验由于不能模拟干湿循环作用下膨胀土边坡裂缝的产生和发展过程以及水的入渗对其强度和变形特性的影响,因此,其得出的强度和变形指标直接应用于膨胀土边坡的变形和稳定分析是不合适的。防止膨胀土边坡发生破坏的最关键的措施是尽可能隔断其与外界的水分交换,如不能隔断其与外界的水分交换,也应采取合适的排水措施,以尽可能防膨胀土边坡充分湿化。     

反映裂隙影响的膨胀土边坡稳定性分析

膨胀土是多裂隙土,其边坡的稳定性在很大程度上受裂隙影响。裂隙开展后抗剪强度显著降低,裂隙开展深度将本来均一的土层划分为强度差异显著的不同土层,雨水进入裂隙中形成渗流增加了滑动力矩,裂隙还随时间而发展。这些都显著影响膨胀土边坡的稳定性。本文提出了一种以条分法为基础的近似反映裂隙影响的膨胀土边坡稳定性分析方法。将膨胀土坡划分成3个亚层,即裂隙充分发展层、裂隙发育不充分层和无裂隙层,分别取用不同的强度指标;给出了裂隙深度、各亚层界面、各层强度指标以及裂隙渗流浸润线的近似确定方法。所提出的方法反映了膨胀土边坡失稳机理,可体现其平缓性、浅层性、牵引性、长期性、季节性、方向性等特点。算例分析表明了它的合理性和实用性。     

膨胀土对路基的危害及处理方法

介绍了膨胀土的成分、分布范围、特征及辨别方法，针对膨胀土对路基的危害性，阐述了膨胀土路基的处理措施，从而避免公路的早期破坏，保证行车安全。     

Research on the protection of expansive soil slopes under heavy rainfall by anchor-reinforced vegetation systems

An anchor-reinforced vegetation system (ARVS) is a new type of flexible slope protection system. ARVSs are composed of vegetation, anchors and high-performance turf reinforcement mats (HPTRMs) and can maintain the stability of expansive soil slopes while producing superior ecological effects. Through in situ comprehensive monitoring and comparative analyses, we systematically discuss the impact of heavy rainfall on ARVS-protected expansive soil slopes during the local wet season in Nanning. The results show that during the local wet season, the soil temperature and water content in vegetation-covered areas are lower than those in bare areas. The soil temperatures in different areas on the expansive soil slopes decrease with increasing depth. The ARVSs significantly affected the regulation of water transport and soil temperature, which limited soil deformation in different directions. The subsequent heavy rainfall would cause greater deformation of the expansive soil slope when less antecedent rainfall fell. Low-intensity and long-duration heavy rainfall events have greater negative impacts on expansive soil slopes than high-intensity and short-duration rainfall events. Under the action of severe rainfall-evaporation, expansive soil slopes protected by ARVSs can maintain stability.