基于改进Mein-Larson降雨入渗模型的黄土边坡稳定性分析

【目的】降雨是诱发浅层边坡滑动的主要因素,为了使降雨入渗过程更加接近实际,【方法】在传统的Mein-Larson降雨入渗模型基础上,考虑土体初始含水率非均匀分布,以含水率分布函数对传统Mein-Larson降雨入渗模型进行了改进并验证了改进模型的有效性。分别将传统Mein-Larson降雨入渗模型和改进的入渗模型与非饱和无限长边坡稳定分析方法结合,建立考虑边坡倾角、土体初始含水率和降雨形式的降雨诱发型边坡稳定性问题计算模型并对边坡安全系数计算,最后将计算结果与有限元数值模拟结果对比分析。【结果】结果表明：含水率分布函数计算值接近试验值,当参数A取0.375时,拟合优度达到0.995。采用改进的入渗模型计算出的各时段湿润锋深度与传统入渗模型接近,但是湿润锋比传统入渗模型早7.7 h到达地下水位线。【结论】基于改进的降雨入渗模型的边坡稳定计算模型计算的边坡安全系数与有限元数值模拟结果接近,相比于基于传统Mein-Larson降雨入渗模型的边坡稳定计算模型计算结果更精确,接近工程实际,可为降雨诱发型边坡稳定分析提供参考。     

温度对边坡夹层力学性能的影响及破坏机理

为研究温度对边坡夹层力学参数的影响,以膨润土和河砂为相似材料,配制了7种不同配合比的夹层试样,采用改装了加热升温控制系统的应变直剪仪,测试含水率为10%,13%,15%的夹层试样在不同温度时的抗剪强度指标等力学参数,分析其受温度和含水率影响的变化特征及其破坏机理。研究结果表明:在温度相同时,夹层试样的黏聚力和抗剪强度随膨润土含量的减少而减小;膨润土含量较高的夹层试样,其黏聚力和抗剪强度随温度升高呈现出先急剧减小、而后缓慢减小、最后再急剧减小的变化规律,且其关系曲线随含水率的升高而逐渐趋于平缓,最后呈线性下降趋势;温度升高时,夹层试样水合力降低,引起其内部土颗粒之间的微观结构力弱化,导致其黏聚力急剧减小;当温度升高至50 ℃以上时,夹层试样内部土颗粒之间克服微观结构力而产生滑移,导致其黏聚力再次急剧减小,此时夹层试样进入临界破坏状态。因此,黏聚力是影响夹层试样破坏状态的关键因素,可将黏聚力再次急剧减小的起始点视为夹层试样破坏的关键点及其评价指标。     

顺层岩质边坡抗滑桩弯折破坏模型及试验研究

悬臂式抗滑桩是边坡工程有效防护手段,由于岩土体介质及滑坡结构的特殊性,其在滑坡推力及锚固反力共同作用下的桩身力学行为有待进一步研究。基于顺层岩质边坡的地质结构特性及顺层滑移模式,对抗滑桩锚固段的桩后土体抗力进行分析,分别考虑土体抗力为矩形、三角形和梯形分布情况,建立悬臂式抗滑桩力学模型,研究抗滑桩在顺层边坡滑坡推力及土体锚固反力共同作用下的弯折破坏位置,得到了抗滑桩锚固段弯折破坏位置与抗滑桩的长度、埋深以及滑移面的剪切力的关系及其表达式。通过试验对模型进行验证,对抗滑桩的理论弯折破坏位置进行实际对比。结果表明:在此种滑移模式下,悬臂式抗滑桩的锚固反力按梯形分布计算时,理论模型计算结果与试验结论有较好的一致性,而在按照矩形或三角形分布计算时,理论结果与试验结论相差较大。所以,在施工设计过程中,应在计算得出的悬臂式抗滑桩弯折破坏位置布置较密的抗弯钢筋或按最不利条件计算最大弯矩,确保抗滑桩的承载能力满足要求。     

不同雨强和坡比条件下黄土边坡降雨入渗研究

降雨诱发滑坡是我国黄土地区的主要地质灾害之一,为了给黄土边坡防护设计提供参考,采用室内边坡降雨模型箱,开展了2种降雨强度(中雨7.00 mm/d、大雨10.75 mm/d)和2种坡比(1∶0.5、1∶1)条件下的模型边坡降雨试验,实测边坡土体含水率、基质吸力及边坡形态变化情况,比较了不同降雨强度和坡比条件下降雨入渗的差异。结果表明:黄土边坡降雨入渗深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,降雨入渗速率坡顶最高、坡脚次之、坡中最低,雨水的入渗能力随着入渗深度增加而减弱;降雨结束后边坡湿润锋深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,即降雨入渗深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,降雨强度越大边坡湿润锋深度越大,坡比越大边坡坡中降雨入渗深度越小;不同降雨强度和坡比条件下,边坡不同位置处基质吸力稳定值坡中最大、坡顶次之、坡脚最小,降雨强度越大基质吸力稳定值越小、相应的含水率越低、降雨入渗速率越高,坡比越小边坡坡中降雨入渗速率越高、入渗深度越大;降雨初期坡面未产生径流,随着降雨历时的延长,表土逐渐饱和、坡面产生径流现象,降雨强度和坡比越大边坡表层土体剥落越严重、坡面径流深越大。     

雨水入渗对边坡稳定性影响研究

降雨入渗导致土体强度参数劣化是影响坡体稳定性的主要因素。为了分析非饱和土渗流特性对边坡稳定性的影响规律,本文基于数值模拟分析了模型中不同参数对边坡渗流场及稳定性的影响。结果表明a值的减小会导致边坡浸润线的升高;m值的变化对边坡浸润线的分布及边坡的稳定性系数影响不大;n值的变化对浸润线位置影响较大,对稳定系数的影响是非均匀的。研究结果对边坡稳定性分析提供参考。     

边坡滑动的试验研究及模型滑动破坏的定时预报

本文采用地质力学模型试验方法对具有同倾向不同倾角软弱夹层的边坡在顶部不断增加外荷载作用下的滑动破坏机理进行了研究．并采用统计分析的预报方法对该边坡模型的破坏时间进行了预报。结果表明：用统计分析方法预报的滑动时间同模型试验的滑动时间非常接近，由此可知．两种方法结合起来、有助于指导试验，使其结果更合理、更接近实际，     

不同交界面对二元结构边坡破坏影响试验研究

二元结构边坡在工程实际中常见,其破坏形式受交界面影响较大。为了研究不同的交界面对二元结构边坡破坏形式的影响规律,深入探讨二元结构边坡破坏机理。通过开展静载作用下不同交界面的二元结构边坡物理模型试验,直观观察到二元结构边坡的破坏形式,同时利用数值模拟试验手段,再现了二元结构边坡在荷载作用下破坏过程。试验研究表明:坡面处测点的运动轨迹与水平面的夹角从坡脚到坡顶逐渐增大,同一排测点的运动轨迹与水平面的夹角从坡面到边坡内部逐渐增大;坡角附近主要是水平向位移,坡顶主要是垂直向位移,最大水平向位移发生在交界面之上边坡中部位置。分析讨论得到了交界面转角变化对上下层土体位移的不同影响。     

矿山边坡坡度对降雨入渗与侵蚀过程影响试验

以河南省焦作市某矿山边坡为例,利用人工模拟降雨试验研究了矿山边坡坡度对降雨入渗及产流侵蚀过程的影响。试验结果表明:雨强对入渗过程有重要影响,雨强在120~180 mm/h变化时,平均入渗率随雨强增大而增大,并随时间逐渐减小;坡度为20°~45°范围内,随边坡坡度减小,平均入渗率呈增大趋势,压实度增大,土壤孔隙率减小,入渗能力减小;土壤侵蚀量与土壤侵蚀模数随降雨强度增大而增大,侵蚀模数在边坡35°处出现较大转折;随着边坡坡度增大,浸润锋入渗边坡的速率增大,坡度越大浸润锋向坡底发展的速率越大。     

层状岩质边坡动力变形破坏特征的试验研究

以反倾层状岩质边坡为研究对象,通过振动台试验对地震作用下反倾层状岩质边坡的变形破 坏过程进行了研究,观察记录了在不同频率、振幅、持时地震波作用下模型边坡的宏观变形破坏特征。 在此基础上,对模型边坡的变形破坏模式进行了分析。试验结果表明:地震作用下边坡变形破坏特征与 地震动参数密切相关;结构面对边坡的变形破坏有着控制作用;地震作用下反倾层状岩质边坡的变形破 坏模式可概化为:地震诱发———顶部及浅表部松动变形———坡体裂缝发育、扩展及层间错动加剧———顶 部及浅表部破坏加剧———坡脚拉张裂缝扩展及层间错动加剧,引起边坡大规模崩塌溃坏,散落岩体堆积 坡脚。     

干湿交替条件下红土边坡破坏机理试验研究

为了研究红土边坡在干湿交替条件下的破坏特征及其破坏机理,根据相似理论,建立了与工程边坡相似的模型边坡,采用测试元件,对试验边坡开展了长达一年半的监测,分析其在降雨、非降雨等干湿交替条件下边坡破坏特征及其破坏机理。研究结果表明:在非降雨条件下,试验边坡表面红土层裂缝的产生与其含水率有关,当其含水率低于27.5%时,其表面红土层开始产生裂缝,且裂缝数量和裂缝宽度随含水率的减小经历了缓慢增加、急剧增加和稳定发展的3个阶段;在干湿循环条件下,试验边坡表面红土层的裂缝经历了开裂、愈合、再开裂的循环过程,随降雨次数的增多,裂缝将沿边坡表面向其深部发展,且其宽度和深度也逐渐增加,地表水将沿裂缝深度方向渗流到边坡底部的红土层中,造成红土颗粒泥质化;在干湿交替作用一年半后,地表水将沿试验边坡2条垂直裂缝渗流到边坡底部的土体中,导致其由下往上逐层被软化崩解,最终形成导水通道,诱发边坡大规模滑坡。     

考虑降雨入渗条件下泥岩边坡稳定性研究

利用ANSYS有限元软件进行降雨入渗条件下泥岩边坡开挖模拟,并结合了工程实例研究泥岩边坡在不同降雨强度、持时的工况下边坡土体位移、应力的变化,从而分析泥岩边坡在考虑降雨入渗条件下的稳定性.     

膨胀土渠坡降雨入渗现场试验研究

探讨了降雨入渗对膨胀土渠坡稳定的影响.研究表明,膨胀土的裂隙是控制膨胀土渠坡稳定的重要因素,降雨是诱发滑坡的直接原因.同时,还证明了降雨对膨胀土具有一定的影响范围.     

降雨入渗边坡非饱和渗流过程及稳定性变化研究

天然降雨和高坝泄洪雾化雨入渗对大坝下游边坡有两方面影响,一是升高含水率使土体重度增加,导致其下滑力增加;二是升高土体含水率,降低土抗剪强度和阻滑力。因此,降雨入渗引起的滑坡时有发生。对此设计了室内人工降雨物理模型试验,分析研究砂土质边坡降雨入渗情况下,边坡内部水分扩散过程和规律以及暂态饱和区扩展过程,计算各入渗时刻边坡的安全系数,分析入渗发展对边坡稳定性变化过程及其特征的影响。试验分析结果表明:降雨入渗率先在边坡表面形成暂态饱和区,随着降雨持续,暂态饱和区逐渐扩大;雨强越大,降雨期间形成的暂态饱和区越大,边坡稳定安全系数的降幅就越大;试验得到了降雨入渗深度随降雨历时和强度变化的经验式。增大降雨强度会使试验砂土的含水率更接近于饱和含水率,但无法使砂土完全饱和。降雨入渗对边坡稳定性的影响不仅仅发生在降雨过程中,降雨停止后,水分入渗过程延续,边坡稳定性持续降低,水分入渗在一定的延后时间内继续威胁边坡安全。雨强为144 mm/h条件下边坡稳定安全系数在6 h时降到了最小值1.196,最大降幅达38.2%。     

土水特征曲线对降雨条件下边坡稳定性影响分析

基于多孔介质饱和-非饱和渗流理论和非饱和土抗剪强度理论,采用极限平衡法与降雨渗流有限元相结合的方法,研究土水特征曲线对降雨边坡渗流场和稳定性的影响。采用不同的土水特征曲线对边坡渗流场和安全系数的计算影响较大,其影响程度随土体亲水性能的增加而增加,黏土类类边坡安全系数下降幅度为24.4%。安全系数的降低主要是由于边坡土体基质吸力的丧失而引起,同时,滑动体的形状也与基质吸力下降的情况有很大关系。黏土类类边坡在强降雨之初容易发生浅层破坏,随着降雨入渗的继续,滑动面由浅层转为深层。     

降雨入渗条件下边坡的稳定性分析

把降雨入渗条件下的边坡稳定性问题转化为图论中的最短路问题,基于饱和-非饱和渗流有限元计算得到的应力场和渗流场来计算边坡的最危险滑动面及其安全系数,在降雨入渗过程中,考虑基质吸力对滑动面抗剪强度的影响,采用修改的Mohr-Coulomb破坏准则来计算非饱和边坡的抗剪强度。降雨入渗过程及其对边坡力学行为的影响采用一个二维的有限元渗流-应力耦合程序进行分析,研究降雨入渗过程对边坡的孔隙水压力、位移以及安全系数的影响,计算结果表明,在降雨入渗过程中,边坡的安全系数在不断减小,降雨停止之后,边坡的安全系数还会持续减小一段时间,随着排水的不断进行,边坡的安全系数又会逐渐增大。     

基于ABAQUS的边坡降雨入渗边界的开发及其验证

为了克服ABAQUS在进行降雨入渗模拟方面的局限性,采用Python语言对ABAQUS软件的降雨入渗边界进行二次开发,将降雨边界作为不定边界,采用迭代算法对降雨入渗边界进行处理,开发出基于ABAQUS软件的降雨模块。该模块可以根据降雨强度与土壤入渗能力之间的关系,即时改变降雨边界条件,从而准确的反映降雨过程中降雨边界的动态变化过程,这克服了ABAQUS软件中只能模拟降雨全部入渗,入渗率保持不变的单一情况,完善了ABAQUS软件的降雨入渗分析功能。结果表明:开发出的降雨模块是稳定可靠的,可以用于边坡降雨入渗的分析;同时,借助于ABAQUS的强大功能,该模块可以为以后进行更复杂的降雨相关问题的研究提供一个良好的研究平台。     

降雨入渗对土堤渗流及边坡稳定性影响分析

为研究不同降雨类型作用下土堤渗流场及边坡稳定性,基于饱和非饱和渗流原理,采用有限元方法模拟土堤在前峰型、后峰型、中峰型及平均型降雨作用下渗流场,分析土堤的渗流特性及边坡稳定性。计算结果表明：降雨会使下游坡土体孔隙水压力（以下简称孔压）增大,堤身下游浸润线升高,在降雨的作用下监测点孔压总体上呈现先增大后减少并趋于稳定的趋势,下游坡安全系数逐渐降低,降雨停止以后下游坡安全系数小幅上升并趋于稳定;安全系数最终值后峰型（1.730）<中峰型（1.745）<平均型（1.756）<前峰型（1.757）,后峰型降雨对边坡孔压变化幅度和安全系数影响最大。研究成果可为堤防防汛抢险提供参考。     

苜蓿地人工降雨试验研究

利用人工降雨试验装置，进行了苜蓿地、玉米地等降雨、入渗规律的试验。试验研究表明，苜蓿地稳定入渗速率为１．００９ｍｍ／ｍｉｎ，比玉米地等高３３％以上。苜蓿地接纳天然降雨的能力较强，对天然降雨的利用率也比较高。苜蓿根系粗、长，发育较深，它极大地改善了土壤及土壤剖面的渗透能力。     

降雨条件下露天矿井坡面径流入渗综合系数探讨

弄清降雨条件下地下工程的坡面径流入渗综合系数,对于有针对性制定地下工程防洪排水对策具有重要意义。利用某矿井长期大量地下水实测数据,采用流量过程线法,探讨了降雨条件下该露天矿井坡面径流入渗综合系数变化规律,分析了其动态变化机制。研究表明,一次降雨过程径流入渗综合系数变化于0.65～0.96之间,平均值为0.81,最大降雨径流入渗综合系数基本上出现在降雨期的前2 d内。多峰雨型或连续雨型条件下,径流入渗综合系数(0.84)比单峰雨型条件下(0.76)大。应用流量过程线分割法测定矿井坡面径流入渗综合系数,理论严谨、方法可行、结果可靠,可为类似地下工程排水设计提供理论依据。     

降雨入渗与蒸发过程中非饱和土边坡土体吸力

讨论了非饱和土边坡在入渗、蒸发条件下的三类边界条件表达形式.将公路填方和挖方路基边坡作为典型算例,研究了入渗、蒸发交替作用下非饱和土边坡内吸力的变化.指出非饱和土边坡近坡面土体吸力主要受入渗、蒸发条件控制,而深层土体吸力主要受重力及地下水条件控制.