某土质滑坡降雨条件下非饱和稳定性分析

暴雨是引起土质边坡失稳的主要因素,Fredlurid等提出的土的非饱和抗剪强度理论能够很好地描述雨水入渗过程中由于土体内部孔隙水压力的变化而引起土体抗剪强度的变化．现就某变电所外围滑坡的具体实例,利用非饱和渗流软件计算孔隙水压力的变化,根据非饱和抗剪强度理论对滑坡在降雨前后的安全系数变化进行分析,考察降雨前后土条底面孔隙水压力和含水量的变化,最后提出强降雨时该滑坡的加固方案．     

降雨强度与含石量对松散堆积体失稳影响研究

地震、工程开挖及风化、侵蚀、搬运等地质作用形成大量的松散堆积体。堆积体中块石含量各异,在降雨诱发下失稳形成滑坡、泥石流等地质灾害,给当地居民生产生活和大型工程造成严重威胁。利用室内大型模型平台开展不同含石量和降雨强度的模型试验,分析含石量和降雨强度变化对松散堆积体变形失稳的影响。研究表明：降雨入渗过程中松散堆积体的体积含水率变化过程可分4个阶段。在Ⅰ阶段堆积体的含水率基本不变,Ⅱ阶段含水率快速增加,达到峰值后进入Ⅲ阶段,在此阶段中出现缓慢回落,降低到一定程度后进入Ⅳ阶段,此后体积含水率再次缓慢增大。含石量越大,相同降雨强度和时间时其体积含水率越小,后缘主张拉裂缝出现的时间越晚,对应的主张拉裂缝的宽度越小,坡体达到失稳破坏的时间越短。当降雨历时相同时,降雨强度越大,则体积含水率越大;降雨强度越大,松散堆积体失稳破坏时的体积含水率越高;不同降雨强度下,松散堆积体的体积含水率变化规律各不相同。降雨强度对松散堆积体的稳定性影响更加明显,降雨强度越大,松散堆积体的主张拉裂缝值越小,其主张拉裂缝出现时间、裂缝最大宽度、失稳时累积最大位移及失稳降雨历时降低越明显。研究结果为灾区松散堆积体降雨过程中失稳灾变的预测预报研究提供参考。     

降雨和库水位耦合作用下滑坡的模型试验研究

降雨和库水位上升是滑坡失稳的重要因素之一,为探究滑坡变形过程和失稳条件,选取千将坪滑坡为实体对象,制作相似比为1:190的物理模型,在降雨和库水位耦合作用下,通过不同模型倾角角度并辅以监测手段进行试验研究。试验结果表明:滑面倾角越大,在同样诱发因素下越容易失稳;在降雨和库水位耦合作用下,位移基本存在于滑坡前缘,滑坡后缘波动较弱,表现出牵引式滑坡特征;滑坡土压力与位移变化存在一定的对应关系,土压力随着滑坡的缓慢变形逐渐增加,滑坡破坏前瞬间土压力急剧增大达到峰值,破坏失稳时土压力急剧减小,呈现出应力重分布现象。     

降雨诱发黄土边坡失稳室内试验研究

为研究降雨诱发滑坡失稳破坏机理和演化特征,开展了人工降雨条件下黄土滑坡室内研究,通过对土体的体积含水率、基质吸力及坡体变形破坏监测,分析降雨入渗对黄土边坡稳定性的影响.结果表明:在一定的降雨强度范围内,降雨强度越大,降雨入渗速度越快,越易发生滑坡;边坡坡度越缓,坡面降雨入渗速度越快;湿润锋移动在坡脚和坡顶较坡面更快,对滑坡的发生发展有较大影响;试验滑坡为多级后退式破坏模式.     

某工程厂址古滑坡变形演化机制及稳定性研究

习酒厂址所在的古滑坡堆积体具有局部陡坎的微地形,其稳定性对今后古滑坡体上密集建筑群建造施工至关重要。在阐述古滑坡基本特征的基础上,结合地质勘察以及数值模拟的方法,对习酒厂址古滑坡的变形演化机制及稳定性进行研究。古滑坡坡体失稳破坏主要分为3个阶段,随着土体抗剪强度折减会在局部不利地形处产生裂缝,然后会出现两阶段的滑动破坏,并且降雨条件会加速坡体的失稳破坏。研究结果表明,古滑坡堆积体不会发生整体性的滑坡灾害,但极易发生局部的滑塌,主要为局部的变形破坏,其出现的破坏模式可能为坡体中上部分的滑移-拉裂破坏以及中下部堆积体的蠕动-拉裂破坏。研究结果可为该古滑坡堆积体上密集建筑群建造活动的开展提供重要依据。     

宽级配砾石土中降雨入渗的优先流模型

宽级配砾石土的级配较宽,孔隙尺度跨越几个数量级,降雨入渗易形成空间上的不均匀入渗,即优先流入渗。基于孔隙结构的分形特征,定量研究降雨在宽级配砾石土中的入渗规律。根据多孔介质分形理论及Hagen-Poiseulle方程,水在不同尺度的孔隙管道内入渗率的量级不同,将土体的孔隙部分划分为2个区域—基质区和优先流区,这2个区域所占的比例随雨强的变化而变化。基质区内各孔隙管道的入渗率均达到其最大的入渗率,但各不相同,孔隙管道的直径量级小,入渗率量级小,优先流区各孔隙管道的入渗率相同且均未达到其最大入渗率,孔隙管道直径量级大,入渗率的量级远大于基质区,据此特征从理论上推导了降雨在土体不同孔隙区域内的入渗量和入渗率的表达式;基于此研究了基质区和优先流区的面积在孔隙中所占比例随雨强的变化特征及相应入渗量和入渗率的变化特征。结果表明：降雨在土体中的入渗呈现出优先流区高速入渗,基质区入渗相对缓慢的特点;随着雨强的增大,优先流区域的入渗率也随之增大。降雨入渗优先流现象产生的根本原因是土体多尺度的孔隙结构和无压力的自由入渗边界2个因素,其大小和分布受到土的饱和渗透系数和降雨强度的影响。从孔隙结构的角度解释了降雨入渗优先流的产生机制。     

非饱和土渗流变形耦合的数值分析

基于一维非饱和土的渗流-变形控制方程,采用Flex PDE（Partial differential equation）软件对该耦合方程组进行求解分析。该方法突破了解析法对非饱和土导水系数函数的特殊限定,适用于任意的土-水特征曲线表达式;还可考虑到饱和时的渗透系数以及孔隙率是变量。与解析解相比,该数值解表现较高的精度,具有解决非饱和土耦合问题的可行性。计算分析表明,非饱和土渗流-变形耦合作用对暂态孔隙水压力分布产生重要的影响,在降雨入渗过程中需考虑土体渗流-变形耦合的影响。降雨初期,位移随着时间明显增大,地表出现下沉,考虑耦合效应的孔隙水压力慢于非耦合情况,原因是H值为正的。随着降雨持续时间的增大,地表下沉的速度减缓,到最后变形开始稳定。位移的变化快慢与孔隙水压力变化规律相同。地表沉降量还与初始孔隙水压力分布以及H值密切相关。饱和时的渗透系数以及孔隙率对非饱和土降雨入渗以及稳态流的分布产生影响,但对其地表变形产生的影响微弱。     

双层结构土质边坡降雨入渗过程及稳定性分析

针对天然土质边坡由于地质和人为因素的作用,通常呈现一定层状结构这一问题,基于Moore水质量分数模型,结合降雨强度,将双层土边坡的降雨入渗过程划分为不同阶段.以一基岩型土质边坡为例,利用渗流有限元程序SEEP/W分析双层土边坡降雨入渗全过程.分析结果验证了双层土边坡降雨入渗过程的不同阶段：当降雨强度<表层土体的渗透系数时,初始降雨入渗率=降雨强度;当表面发生积水后降雨入渗率急剧下降,最终等于基岩的渗透率;降雨强度越大,表面发生积水的时间越短;当考虑平行边坡的渗流时,边坡的稳定安全系数在湿润锋到达基岩接触面时发生突变,湿润锋到达接触面时引起接触面的孔隙水压力上升是滑坡破坏的主要原因.得到降雨强度、降雨持续时间与湿润锋深度的相关曲线.研究成果揭示了降雨入渗对双层土边坡的破坏机制.     

某水利枢纽滑坡综合监测成果分析

为分析某水利枢纽滑坡的变形破坏趋势,以地下水位、土压力为监测重点,集成地表变形监测,对滑体的应力-应变进行了实时监测,利用有限元方法,建立非饱和土Madis GTS NX降雨滑坡数值模型,模拟不同降雨历时下的滑坡力学特性,进行滑坡治理效果数值对比分析。结果表明:降雨入渗引起边坡地下水位的波动,从而引起地表变形发生波动,最大变形值达到40 mm;裂缝最大变形达到55 mm,治理后锚固力逐渐趋于平衡;而数值模拟表明,在极端降雨情况下,滑坡最大变形将达到193.8 mm,治理后最大变形值降低了93%,安全系数增大了1.15倍。     

库水复活型滑坡牵引滑动机理模型试验研究

为深入探索库水复活型滑坡的破坏模式和力学机制,设计研发新型试验装置,装置主体是由若干渗透盒构成的分段式滑面,能够模拟各种几何形态的滑动面。通过向不同区段的渗透盒注水,可模拟滑带土分阶段饱水软化,实现库水位上升条件下相邻滑块间的牵引滑动过程。采用传感元件、数码摄像以及数字图像处理等测试手段,获取滑带土体积含水率、孔隙水压力、坡面水平位移的变化规律以及后缘面演化特征,并探讨滑坡体失稳破坏模式。结果表明:滑带土饱水后抗剪强度大幅度下降是滑坡发生的重要条件,滑动面处的孔压变动是激发老滑坡复活的重要诱因;滑带处孔隙水压力的增大与滑坡位移的增大是同时发生的,滑带土强度衰减与滑体变形具有良好的相关关系;坡面变形区域分为强、弱变形区和牵引区3部分,坡面变形为1～1.5倍的失稳滑带长度;随着失稳滑带长度增加,坡面变形区域变大,对后侧稳定坡体的牵引变形影响变小;后缘破裂面多呈折线型滑面形态,后缘破裂面倾角试验值受失稳滑段位置和滑体厚度影响显著。研究结果为库区滑坡灾变机制的认识和治理提供重要依据。     

非饱和堆积土边坡降雨–渗流潜蚀耦合过程模拟

西部山区的松散堆积土是一种宽级配弱固结土,其内部细小颗粒易随降雨入渗在粗颗粒土骨架间孔隙发生迁移,改变土体水力特性,诱发堆积土边坡降雨失稳。为定量研究降雨作用下堆积体内在的渗流潜蚀耦合演进规律及其斜坡失稳机理,对降雨作用下非饱和堆积土边坡中坡体及孔隙尺寸的细颗粒迁移现象进行了分析概化,并基于多孔介质力学及混合物理论构建了描述非饱和堆积土中细颗粒侵蚀—运移—沉积全过程的渗流潜蚀模型。该模型被植入有限元程序,模拟了降雨作用下1维非饱和堆积土柱内部的渗流潜蚀耦合响应过程,并结合无限边坡模型定量分析了细颗粒迁移引发的土体渗透性、持水性及强度演化对非饱和堆积土边坡降雨入渗过程及稳定性的影响。通过数值模拟,阐释了松散堆积土边坡中细颗粒迁移引发边坡局部土体渗透性变化,形成相对不透水层,诱发浅层坡体失稳现象的内在机理;并指出堆积土中细颗粒的侵蚀流失将减弱土体持水性及抗剪强度,加速边坡内的降雨–渗流潜蚀进程,加速边坡的浅层失稳。鉴于由降雨–渗流潜蚀过程引发的土体渗透性、持水性及强度演化均会对堆积土边坡稳定性造成不利影响,对松散堆积土边坡进行降雨稳定性分析时应充分考虑其内在的细颗粒迁移效应。     

降雨条件下土质边坡的稳定性分析

结合工程实例,运用非饱和渗流理论,研究了降雨条件下边坡土体内地下水位变化和孔隙水压力的分布规律,采用强度折减法对非饱和渗流影响下边坡的稳定性进行了分析。结果表明,随着降雨时间的持续,降雨强度越大,滑坡坡面的浸润线变化越明显。降雨入渗使地下水位抬高,从而孔隙水压力升高,在地下水位以上区域出现暂态饱和区,相应出现暂态孔隙水压力升高和非饱和区基质吸力下降的情况,使得边坡稳定性降低。不考虑基质吸力的影响时,降雨强度从94.7 mm/24 h升至94.7 mm/2 h,边坡的安全系数从1.100降到1.002;考虑基质吸力的影响时,降雨强度从94.7 mm/24 h升至94.7 mm/2 h,边坡的安全系数从1.205降到1.005。     

非饱和堆积土边坡降雨-渗流潜蚀耦合过程模拟

西部山区的松散堆积土是一种宽级配弱固结土,其内部细小颗粒易随降雨入渗在粗颗粒土骨架间孔隙发生迁移,改变土体水力特性,诱发堆积土边坡降雨失稳。为定量研究降雨作用下堆积体内在的渗流潜蚀耦合演进规律及其斜坡失稳机理,本文对降雨作用下非饱和堆积土边坡中坡体及孔隙尺寸的细颗粒迁移现象进行了分析概化,并基于多孔介质力学及混合物理论构建了描述非饱和堆积土中细颗粒侵蚀-运移-沉积全过程的渗流潜蚀模型。该模型被植入有限元程序,模拟了降雨作用下一维非饱和堆积土柱内部的渗流潜蚀耦合响应过程,并结合无限边坡模型定量分析了细颗粒迁移引发的土体渗透性、持水性及强度演化对非饱和堆积土边坡降雨入渗过程及稳定性的影响。通过数值模拟,本研究阐释了松散堆积土边坡中细颗粒迁移引发边坡局部土体渗透性变化,形成相对不透水层,诱发浅层坡体失稳现象的内在机理;并指出堆积土中细颗粒的侵蚀流失将减弱土体持水性及抗剪强度,加速边坡内的降雨-渗流潜蚀进程,加速边坡的浅层失稳。鉴于由降雨-渗流潜蚀过程引发的土体渗透性、持水性及强度演化均会对堆积土边坡稳定性造成不利影响,对松散堆积土边坡进行降雨稳定性分析时应充分考虑其内在的细颗粒迁移效应。     

地下水雍高诱发黄土滑坡离心模型试验研究

为了研究地下水位雍高条件下坡体的变形破坏特征和失稳的机理,以黑方台焦家滑坡为地质原型。通过在离心模型后部安置排水挡板和临时水箱,其能较好得模拟灌溉水通过集中通道快速入渗补给坡体地下水,再现地下水位雍高诱发黄土滑坡变形破坏的全过程。此外,在离心模型试验期间,对边坡的孔隙水压力、土压力和变形演化特征进行实时监测和研究。研究表明:地下水雍高造成底部黄土层软化,潜蚀作用和不均匀沉降致使边坡产生塑性流动,从而导致滑坡的顶部形成不同程度的平行错拉裂缝。造成这类滑坡的后壁形态大多呈现直立状。地下水位雍高造成坡体内土体的局部剪缩变形导致孔隙水压力持续以及急剧增高,最终诱发此类滑坡发生突发性破坏,呈现出高速泥流破坏特征。因此地下水位雍高诱发滑坡的形成机理过程为:牵引式蠕滑-半坡以及后缘拉裂-锁固段累进性滑移剪断-滑带贯通高速溃滑破坏。     

古城墙本体内雨水入渗特征的影响研究

雨水是城墙本体内水分运移的主要补给来源,强降雨会造成古城墙遗址失稳破坏,研究强降雨作用下的城墙本体水分运移特性具有重要意义。以郑韩故城古城墙为例,利用ABAQUS软件开展了不同降雨要素下的雨水入渗和运移特性研究,分析了城墙本体内各水力特性参数的变化规律。结果表明：由于城墙入渗表面较大影响,表面孔隙水压力的变化速率及幅度均与降雨强度呈正相关;相同降雨强度下,初始基质吸力较大的城墙表面孔隙水压力值增长速率明显大于初始值较小的城墙表面;降雨影响深度范围内,水分运移速率由城墙表层向深部逐渐减小;同一降雨条件下,城墙表面饱和度的增长速率随坡角增大而显著减小。因此,城墙修缮保护中,应强化城墙中部和顶部等平台处的防排水设计和风险监测。     

剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度影响的试验研究

通过自行研制的大型恒刚度桩土界面直剪仪,进行6种剪切速率的黏性土混凝土界面剪切试验,探讨剪切速率对黏性土混凝土界面抗剪强度的影响规律。结果表明：在黏性土混凝土界面,超孔隙水压力随着剪切速率的提高而增大;法向应力和剪切速率通过影响超孔隙水压力大小,决定黏性土混凝土界面剪切峰值强度和剪切破坏位移的大小;剪应力剪切位移关系曲线由基本一致变化到一定范围内产生偏离,且法向应力和剪切速率越大偏离越显著,并出现明显的应变软化现象;剪切速率从0.4 mm/min增加至5.0 mm/min,黏性土混凝土界面抗剪强度减小幅度增大,摩擦系数减小0.1,有效黏着力的变化介于0.81~5.93 kPa之间。     

黄土路基边坡降雨响应的试验研究

为了研究降雨入渗对黄土路基边坡孔隙水压力（吸力）、含水量、变形等的影响,选取甘肃平-定高速公路上某段9 m高的填方路基边坡进行了4场人工降雨模拟试验并持续现场监测一个月。监测结果表明：人工降雨模拟引起浅层土体（1m以上）吸力明显下降和含水量增大,致使土体有效应力减小,抗剪强度降低;另外雨水冲刷引起坡面冲沟发育,导致雨水入渗增大和土体强度的进一步衰减。压实度最小的坡脚处降雨引起的湿陷变形最大。在持续降雨的条件下,湿陷变形的发展会导致坡底的沉陷,最后发展为滑坍破坏。从减少雨水入渗,减小土体的强度损失以及控制湿陷变形等方面综合考虑,提高黄土路基边坡的压实度对防止降雨导致的边坡失稳具有重要意义。     

震后降雨型碎石土斜坡稳定性的试验研究

地震作用改变了碎石土斜坡岩土体的结构和物理力学性质,导致震后降雨诱发滑坡的数量和规模有明显的增大趋势。现有关于地震和降雨对碎石土斜坡稳定性影响的研究,多采用理论分析与数值分析的方法,缺乏验证手段。地震和降雨的耦合作用对滑坡的影响机理极其复杂,无法定量分析地震和降雨因子对坡体稳定性的影响。以汶川地震灾区震后降雨型碎石土斜坡为研究对象,通过开展一系列的振动台模型试验,并辅以人工降雨和坡顶加载手段,分析了震后降雨型碎石土斜坡的稳定性。试验结果表明:施加地震作用的斜坡表面及内部易形成裂缝,坡体结构上部振松、下部振密,导致坡体上部降雨入渗速度快,饱和区域扩大,岩土体强度下降,滑坡体增重,渗透力增大,坡体稳定性下降。地震与降雨共同作用时斜坡的稳定性要小于地震或降雨单独作用的稳定性。随着地震强度或降雨强度的增大,碎石土斜坡的稳定性呈下降趋势。当地震强度为0或0.1g时,降雨强度为100 mm/h较无降雨时,斜坡极限承载力下降的比例要远大于地震强度为0.2g或0.4g时。即当地震强度较小时,降雨对震后碎石土斜坡稳定性的影响要大于地震强度较大时。研究基于物理模型试验,定量分析了地震和降雨对碎石土斜坡稳定性的影响,可为震后降雨型碎石土滑坡的预测预警提供参考。     

土-水特征曲线在雨后基坑边坡稳定性评价中的应用

为研究雨型和基坑坡顶硬化长度对非饱和土基坑稳定性的影响,采用GeoStudio中SEEP/W模块进行降雨模拟,得到雨后坡体孔隙水压力和体积含水率的分布特征。然后将降雨模拟结果导入到SLOPE/W模块中,结合固结快剪试验得到的抗剪强度参数进行数值计算,并对基坑边坡的稳定性进行评价。结果表明:瞬时强降雨入渗深度小,长时普通降雨的入渗深度大;坡顶硬化有利于限制雨水入渗,可减少入渗至滑面内的量,有利于基坑稳定;当坡顶硬化长度为3 m时,降雨对基坑稳定性影响不明显,长度为5 m时,基坑稳定性基本不受降雨的影响;基坑边坡土体初始含水率较低时,前期降雨对基坑稳定性不仅没有不良影响,反而有利于基坑稳定。最后,以实际滑坡为例,对模拟结果进行了验证并说明了坡顶硬化对基坑边坡稳定性的重要性。     

降雨促发黄土滑坡的启动机制模拟

黄土滑坡和降雨关系尤为密切。为深入研究降雨入渗对滑坡的促发作用,在对陕西西安地区“9?17”灞桥滑坡现场勘察的基础上,利用数值模拟方法系统研究了黄土边坡在降雨入渗条件下土体相关物理力学指标的变化响应特征及时空分布规律; 从滑动面安全系数变化的角度分析了边坡的失稳过程,并揭示了该类滑坡的启动机制。结果表明:①降雨入渗首先引起坡面土体的基质吸力逐渐降低,而且不同分布位置的降幅不同; ②滑坡启动前,坡体的高体积含水量范围随降雨明显扩大,且体积含水量表现出从古土壤层向邻近黄土层递减的规律; ③边坡的水平方向位移自坡面中部向坡体的上下部呈放射状递减特征,垂直方向位移由上至下逐渐减小,而临界滑动面的安全系数也随降雨入渗过程逐步递减; ④节理处土体的孔隙水压力和体积含水量的变化响应时间及幅度都早于且强于坡体其他区域,坡体内最大剪应变的区域分布与坡面基本平行,模拟结果与原型滑坡一致; ⑤基于黄土独特的水敏性、地质构造和人类工程活动等诱因的影响,加上节理裂隙为水的入渗和运移提供了优势通道,降雨加速了黄土潜蚀和坡体结构破坏过程,改变了边坡内部应力场、位移场和水文地质条件,进而促发了滑坡。