降雨入渗条件下边坡稳定性研究现状及展望

本文总结了国内外对大气降雨引起边坡变形失稳现象的研究进展与现状,一是利用野外观测与试验研究分析,借助数学统计分析方法寻求降雨与边坡稳定性之间的相关规律,其最大优点是仅仅依赖于历史数据或试验数据,不需考虑降雨在岩土体中的作用和滑坡自身的演变过程,归纳出相关关系可作为本地区或本边坡的中短期滑坡预测和预防;二是分析降雨入渗引起边坡失稳的物理过程并建立定量的模型进行数值模拟,其最大优点是对边坡各种岩土的类型、土的入渗能力、土的初始饱和度、土层深度、水文地质条件、边坡长度、降雨持时、降雨强度、暴雨前降雨量、间歇性降雨以及坡面防渗等情况进行适当考虑,其关键是准确获取这些参数值。最后总结了这个问题的进一步研究方向与目标。     

降雨入渗条件下边坡稳定性研究现状及展望

本文总结了国内外对大气降雨引起边坡变形失稳现象的研究进展与现状,一是利用野外观测与试验研究分析,借助数学统计分析方法寻求降雨与边坡稳定性之间的相关规律,其最大优点是仅仅依赖于历史数据或试验数据,不需考虑降雨在岩土体中的作用和滑坡自身的演变过程,归纳出相关关系可作为本地区或本边坡的中短期滑坡预测和预防;二是分析降雨入渗引起边坡失稳的物理过程并建立定量的模型进行数值模拟,其最大优点是对边坡各种岩土的类型、土的入渗能力、土的初始饱和度、土层深度、水文地质条件、边坡长度、降雨持时、降雨强度、暴雨前降雨量、间歇性降雨以及坡面防渗等情况进行适当考虑,其关键是准确获取这些参数值。最后总结了这个问题的进一步研究方向与目标。     

降雨入渗条件下露天矿边坡稳定性研究

以某露天矿边坡为研究对象,结合矿区的水文工程地质条件,借助有限元计算软件Midas/GTS,在两种不同的降雨条件开展了多个工况下的露天矿边坡稳定性研究分析。结果表明:在强降雨条件下,由于降雨强度远大于土体的渗透能力,短时间内边坡浅层土体含水量会迅速增加,会形成暂态饱和区,因此对深部土体影响较小,对边坡的稳定性和安全系数影响较小;连阴雨条件下,当降雨强度小于土体的渗透能力时,雨水能够充分渗入到边坡土体中,对边坡稳定性产生不利影响。通过绘制曲线图可知渗透系数的增大开始阶段安全系数按斜率较大的线性函数发生变化,随后安全系数递减速率逐渐降低,当饱和透系数达到一定程度后,安全系数变化不明显。     

降雨作用下曼家寨东帮采场岩质边坡渗流规律分析

降雨是影响露天矿山失稳的主要因素。针对曼家寨东帮采场岩质边坡在降雨过后曾发生局部垮塌、出现坡面裂缝现象,结合饱和-非饱和渗流理论,利用Geo-studio中的SEEP/W模块对该边坡典型剖面进行降雨过程渗流规律分析。通过对降雨作用下孔隙水压力、暂态饱和区变化规律进行分析,得出如下结论:降雨条件下边坡表层区域受降雨影响严重,影响区域与影响程度受降雨时间与降雨强度共同控制;暂态饱和区是考虑降雨作用下边坡失稳的重要因素,持续的降雨作用会在边坡表面形成一定范围的暂态饱和区,降雨历时相同时,降雨强度越大形成暂态饱和区面积越大;降雨对坡脚处孔隙水压力及暂态饱和区的影响要大于坡顶区域,在进行相关边坡治理防护时要重点考虑坡脚位置。     

降雨条件下多级台阶排土场边坡渗流及稳定性分析

降雨是导致边坡失稳的主要因素之一。以滇中地区某磷矿排土场边坡为例,研究持续降雨对6^#排土场边坡的稳定性影响,基于饱和-非饱和土渗流理论,使用室内非饱和土静力三轴试验结合GeoStudio有限元方法,对持续强降雨条件下的饱和-非饱和渗流场的动态变化、变形破坏和稳定性进行数值模拟和计算。结果表明：降雨初期基质吸力越大边坡安全系数越高,但是降雨12 h后边坡岩土体趋于饱和后,安全系数基本不受基质吸力的影响,并与理论计算结果基本一致,边坡整体稳定性良好,与排土场实际情况相符;雨水不断入渗时多级台阶排土场塑性变形区域主要集中在坡脚台阶处。模拟结果总体可靠,可为持续强降雨地区多级台阶排土场以及对滇中地区矿山排土场安全生产提供参考。     

非饱和土边坡降雨入渗过程及最大入渗深度研究

系统分析了降雨入渗对土体基质吸力、土体应力、位移的影响, 并对非饱和土边坡降雨入渗过程进行了总结分析, 首次从能量角度提出了降雨入渗最大深度的概念, 认为雨水能够在土体中下渗, 主要是因为存在一定的驱动势能差, 通过推导, 得出了最大入渗深度的计算公式, 该公式与土体的孔隙水压力有关。由于降雨而引起的边坡土体滑坡中, 绝大多数滑动面都在边坡土体的最大入渗深度的范围之内, 通过对最大入渗深度和滑动面的关系研究, 可以初步估计滑坡规模, 从而在滑坡治理中计算确定滑动面, 合理地确定治理方案的参数, 如锚杆或土钉的长度、抗滑桩的长度等。     

不同降雨条件非饱和渗流作用下大型弃土场稳定性分析

为研究土体非饱和情况下降雨入渗弃土场稳定性问题,以云南某弃土场为例,采用GeoStudio软件,建立5个不同雨强条件下渗流模型,分析降雨持时相同情况下,边坡土体含水率、孔隙水压力、土-水特征曲线、暂态饱和区域变化以及边坡稳定性安全系数变化情况.结果表明:在降雨初期,雨强对于边坡安全系数影响不大,降雨历时6 h后,坡体表...     

不同降雨入渗条件下预应力锚索加固边坡稳定性分析

为了研究不同降雨条件下边坡安全系数及预应力锚索轴力变化规律,以省道S303沿线某边坡为研究对象,考虑土体饱和-非饱和渗流与非饱和强度理论,基于有限元分析,对不同降雨工况下的孔隙水压分布、锚索轴力及采用强度折减法计算的边坡安全系数变化规律进行了研究。结果表明: 降雨量一定时,降雨入渗范围随雨强增大而减小,暂态饱和区域随雨强增加而增大; 边坡在加固前后的安全系数均随降雨量增加而不断减小,采用预应力锚索加固能有效提高边坡安全系数,并减小降雨对边坡稳定性的影响; 随着降雨量增加,各锚索轴力均增大,当降雨量一定时,雨强越小,对应的锚索轴力提升幅度越大,靠近底部的锚索轴力对降雨最为敏感。     

不同雨型下降雨入渗及其对排土场边坡稳定性影响研究

降雨入渗是影响边坡稳定性的重要因素,以某矿山排土场高陡边坡为研究对象,基于饱和-非饱和渗流理论研究了不同雨型降雨条件下边坡渗流场的变化特点;采用非饱和土强度准则与极限平衡法对边坡的稳定性进行分析。结果表明：不同雨型降雨入渗时,边坡暂态饱和区的范围不同,后峰型最大,等强型最小;不同雨型降雨条件下对边坡稳定性的影响程度亦不同,后峰型降雨对边坡稳定性影响较大,等强型降雨对边坡安全系数的影响相对较小。     

排水孔布设参数对降雨边坡稳定性的影响

针对降雨入渗导致的边坡失稳这一安全问题,以巴润露天矿边坡为研究对象,探究降雨入渗条件下排 水孔布设参数对边坡稳定性的影响。 采用空气单元法模拟排水孔,基于 VG 模型确定水土特征曲线,运用 Geo-studio 软件进行数值模拟分析。 基于灰色关联法确定排水孔布设参数对边坡稳定性影响的关联度,分析单一变量条件下坡 体内孔隙水压力和总水头变化,在此基础上通过正交试验和极差分析法对布设参数进行优化,确定排水孔布设参数 最优水平组合。 最后通过对比无治水措施边坡与布设排水孔边坡的稳定性,验证降雨条件下排水孔布设方案的有效 性。 结果表明:排水孔孔长为主要影响因素,孔径和倾角为次要影响因素;孔长 10 m、孔径 120 mm 和倾角 6°时,排水 孔对边坡降压增稳效果最好;在经历 48 h 降雨情况下边坡安全系数仍保持在 1. 30 以上,相较于无治水措施边坡安全 系数提高了 36. 8%。     

陈四楼煤矿太灰水渗流场数值模拟

首先建立了陈四楼煤矿研究区的水文地质模型,然后运用Visual Modflow软件对研究区太原组上段灰岩含水层进行了数值模拟计算,获得的地下水流场与实际情况相符,水文地质参数与实际条件相符,模拟试验结果进一步说明了太灰岩溶含水系统地下水径流条件较好,降落漏斗迅速扩展后,保持缓慢的发展趋势,说明太原组上段灰岩含水层静储量较小,渗透系数较大,有一定的侧向补给量。     

尾矿库三维渗流场数值模拟中入渗上缘线的确定方法

采用现有的确定入渗上缘线的方法进行尾矿库三维渗流数值模拟,得到的三维渗流场与实测值有较大的差别。针对这个问题,提出了确定入渗上缘线位置的间接化引方法。以渗流理论和有限元理论为依据,分别选择3种入渗上缘线位置对尾矿库进行三维渗流场的数值模拟,通过与实测结果比较,进一步证明采用间接化引方法确定入渗上缘线的合理性。     

采空区渗流特性分析及其流场数值模拟预测

为解决高瓦斯煤层采空区自然发火和瓦斯涌出量过大造成上隅角瓦斯超限的问题,结合O形圈理论,对采空区的渗流特性进行了分析。通过引进Ergun单相流半经验非线性渗流公式,结合连续性方程、动量方程、瓦斯动力弥散方程,建立了采空区流场的渗流模型;利用Fluent软件,结合具体实例,模拟预测并分析了采空区的风流速度场及瓦斯浓度场。模拟结果表明：根据O形圈理论以及渗流模型,利用Fluent软件进行模拟的结果符合实际情况,通过制定相应措施,提前消除了潜在的安全隐患。     

基于应力场和渗流场模拟评价煤层气有利区

为了有效筛选出煤层气的有利开发区,以鸡西盆地梨树镇坳陷城子河组为研究对象,通过分析地质构造情况和储层特征,构建了储层三维地质模型,并利用有限元数值分析方法,模拟计算了该区域的应力场和渗流场。结果显示:研究区北中部为低应力区,应力为29.8~30.0 MPa,多为挤压应力;流场速度相对较低,分布在7.5×10-7~8.0×10-7m/s;渗透率为4.8×10-18~5.0×10-18m2,属相对高渗区,该部位有利于煤层气的构造保存、水动力保存以及高效开采,为煤层气有利开发区。     

采空区漏风流场的Fluent数值模拟

通过对采空区多孔介质的渗透特性的理论分析和试验测定,对采空区孔隙结构及渗透系数分布情况进行了深入的研究,建立采空区渗流数学模型,采用Fluent软件对采空区漏风流场进行数值模拟,揭示了采空区漏风流速、压力的分布规律,为今后定性定量分析采空区瓦斯涌出及浓度分布提供数学分析依据。     

单一裂隙渗流的格子Boltzmann数值模拟

基于格子Boltzmann方法在计算流体力学方面具有程序易于实现、边界条件处理简洁、计算效率高、可得到清晰物理图像等优点,将其与D2Q9模型结合,采用非平衡外推格式的分布函数边界,建立单一光滑平板裂隙渗流模型,并结合经典流体力学的泊肃叶流算例,验证了模型的有效性。最后,分析不同压力差、不同隙宽对单一裂隙渗流量及流量稳定所需计算时步的影响,得出:单一裂隙渗流过程中,压力差或隙宽越大则该时刻下的渗流量越大,而渗流量达到稳定的计算时步与压力差和隙宽呈相反关系,即压力差与隙宽越大则其渗流量达到稳定所需计算时步越长。     

焊接温度场的数值模拟

应用ANSYS参数化设计语言(APDL)编程并模拟仿真焊接过程中的温度变化。以模拟20 g(20锅炉板)焊接为例,建立三维模型、网格划分、施加高斯热源、控制载荷移动,实现焊接过程的数值模拟。通过改变程序中的参数变量,得出焊接速度、电弧有效加热半径、焊接电压、焊丝材料对焊接温度场的影响,为焊接工艺的改善提供重要的理论依据。     

第四纪松散沉积层地下水开采三维非稳定流数值模拟

该文探讨了第四纪松散沉积层地区地下水三维非稳定流数值模拟计算的理论。采用渗流的有限单元分析法,以盐城市为例,在对模型进行识别、验证的基础上,结合对地面沉降、咸水入侵等地质环境控制的要求,规划、预测到2020年底,第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ承压含水层中的最低地下水位分别恢复到-20m、-30m、-40m时,各含水层中地下水的开采量及地下水的最优开采布局,并预测了未来各含水层地下水位降落漏斗趋于稳定的地下水可开采量。证明三维有限元数值模拟理论用于规划预测此类地区的地下水资源可开采量具有较高的可信度。