降雨入渗条件下抗滑桩加固边坡稳定性分析

采用有限差分软件FLAC~(3D)内置FISH语言编制相关程序,将边坡非饱和区渗透系数和基质吸力随饱和度的变化关系嵌入到数值计算中,实现了降雨入渗条件下边坡非饱和渗流过程的模拟,结合基于Fredlund双应力状态变量理论的强度折减法,进一步实现了非饱和边坡的稳定性分析。基于某典型抗滑桩加固边坡算例建立数值计算模型,研究了降雨入渗对边坡孔隙水压力分布及边坡稳定性的影响,并对降雨强度、基质吸力及桩顶约束形式对边坡稳定性的影响进行了参数分析。研究结果表明:降雨入渗条件下,随降雨历时增加,湿润锋线不断向坡体内部推进,基质吸力明显减小,边坡安全系数显著降低;边坡安全系数随降雨强度增大而减小,当降雨强度超过土体饱和渗透系数后,边坡安全系数随降雨强度变化不大,并趋于稳定;基质吸力对边坡稳定影响显著,考虑基质吸力时边坡安全系数明显提高;在桩顶设置预应力锚索可使桩身位移明显减小,边坡安全系数提高。     

降雨入渗对浅埋黄土隧道稳定性的影响

为了研究降雨入渗作用下黄土力学性质劣化对浅埋黄土隧道稳定性的影响,对隧道围岩中的黄土进行了不同含水率和不同围压的剪切、等压三轴试验,结果表明,含水率对黄土力学性质和破坏形态有较大影响。根据试验结果建立了黄土不同含水率的塑性本构关系,对比了计算结果和试验结果,证明了该本构关系能较好地描述黄土的应力应变规律。对不同降雨强度、不同深度的黄土在雨水入渗影响下的含水率分布规律进行分析,并在数值模拟软件中调用建立的不同含水率的黄土塑性本构关系,计算不同降雨强度下隧道结构的受力和变形,结果表明:考虑降雨入渗后隧道结构变形和受力增加明显,其中,拱顶沉降增幅达到46%,隧道初期支护应力增加20%～27%。将浅埋黄土隧道结构变形监测数据与数值模拟结果对比,验证了黄土本构关系的正确性,所模拟的降雨入渗对隧道结构稳定性的影响符合实际工程。     

降雨条件下一维土柱垂直入渗模型试验研究及其渗透系数求解

 为研究降雨条件下一维土柱的入渗规律及求解非饱和土体的渗透系数,开发一套模拟降雨条件下一维土柱垂直入渗模型试验装置,对非饱和重塑黄土土柱做了4组不同降雨强度下的一维垂直入渗试验,得到不同降雨强度下垂直土柱的入渗率时程曲线、浸润峰深度时程曲线及监测点体积含水率的变化规律;提出计算非饱和土体渗透系数的新方法,并结合试验结果,得到试验土样非饱和渗透系数与基质吸力的关系曲线。结果表明：(1) 降雨强度对垂直土柱的入渗影响较大,当降雨强度小于土柱最小入渗能力时,入渗率等于降雨强度;当降雨强度大于土柱最小入渗能力时,入渗率时程曲线呈无压入渗、有压入渗和饱和入渗3阶段变化。(2) 不同降雨强度下,土柱出现积水点和饱和点的历时不同,降雨强度越大出现积水点和饱和点的时间越短,有压入渗阶段越长。(3) 在同一降雨强度下,监测点距土柱上表面越远,其体积含水率时程曲线越密集;而同一监测点,降雨强度越大,其体积含水率时程曲线越稀疏。(4) 非饱和重塑黄土渗透系数随基质吸力的增大而减小,且渗透系数的对数与基质吸力呈线性变化。     

降雨对隧道浅埋段施工力学效应影响研究

降雨入渗对隧道浅埋段洞室稳定性有着重要影响。文章依托京沪高速济南连接段老虎山隧道,首先采用数值模拟方法分析了降雨条件下隧道洞口浅埋段渗流场演化规律;在此基础上,通过流固耦合数值模型对不同降雨入渗时间下双侧壁导坑法施工过程中围岩应力、支护结构受力变形特征进行研究,得出以下结论：降雨对洞口40m范围隧道影响较大,入渗形成的地下水位线贯穿隧道洞身,其中土石交界处孔隙水压力值较大;降雨入渗使得围岩应力、支护结构变形增大,支护结构压应力增大、但拉应力减小;其中降雨结束时影响最大,降雨结束20d左右影响基本消除。     

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。     

深埋老黄土隧道变形规律及初支受力机理

为了解决深埋老黄土隧道初期支护因围岩弱化挤压而破坏的现象,为隧道支护破坏整治提供依据,以阳山隧道出口深埋老黄土段为工程依托,对不同含水率下隧道变形规律进行了统计分析,然后综合采用变形反演、强度折减数值计算和实测支护内力规律对比的方法对初期支护的整体受力状态和受力规律进行了研究,最后通过数值计算对初期支护受力关键部位的破坏过程和破坏机理进行了分析。得到如下结论:(1)深埋老黄土隧道变形规律与围岩含水率相关,在围岩含水率低于老黄土塑限前,隧道的变形量小、稳定速度快、拱顶沉降大于水平收敛,含水率大于塑限后,隧道变形量显著增加、持续时间长、水平收敛大于拱顶沉降;(2)初期支护全环整体处于小偏心受压模式,受力关键部位为拱部,随着围岩的不断弱化,支护小偏心受压模式不变、内力逐渐增加,最大内力由拱腰转移至拱脚处;(3)在小偏心压力作用下支护结构为“压-剪”控制破坏,表现为混凝土表面压碎剥落、内部斜向剪切破坏,锁脚锚管的存在对结构破坏发展方向有引导作用,使得结构由“X”型对称剪切破坏转化为固定方向的斜截面剪切破坏。建议支护破坏整治方案采用可提高结构斜截面抗剪强度的加强措施,或采用限阻耗能型支护来释放围岩压力并减小结构内力。     

降雨条件下坡积土边坡暂态饱和区形成机理及分布规律

降雨是引起坡积土边坡失稳的最常见外部因素之一.雨水的入渗在引起土体抗剪强度参数降低的同时,还将导致土体重度的增加、基质吸力的降低,最终造成边坡的失稳.开展雨水在边坡内部的渗流过程研究已成为分析边坡在降雨条件下稳定性的前提.基于有限元数值模拟方法,进行了雨水在土体中渗流过程的模拟,着眼于降雨条件下边坡暂态饱和区的形成、分布及消散特征,描述了该过程中边坡内部含水率、基质吸力、水力梯度的变化规律.结果表明:暂态饱和区形成的主要原因是土体中向湿润锋下方渗出的雨水量小于降雨入渗补给量,从而使得土体中的含水率累积升高;暂态饱和区的形成与降雨强度、降雨时间具有十分密切的关系,暂态饱和区形成时间、雨水入渗深度、土体表面体积含水率大小分别与降雨强度存在函数关系;清晰描述了暂态饱和区形成-发展-消散-地下水位升高的全过程,从该过程看,边坡排水措施的设计值得思考.     

高速铁路隧道围岩变形影响因素分析

作为衡量隧道结构体系稳定性的重要指标,隧道变形具有科学性、及时性、可靠性和便捷性的优点。本文采用数值模拟方法 ,对围岩变形随支护结构施作时机、支护结构厚度、围岩弹性模量和隧道埋深四种因素的变化规律进行系统分析。研究表明。(1)随着应力释放率的增大,隧道拱顶和边墙处的围岩变形均不断增大,洞周围岩变形影响范围也不断增大。(2)随着支护结构厚度的增大,隧道拱顶和边墙处的围岩变形及影响范围不断减小,但减小趋势逐渐趋缓。(3)随着土体弹性模量的增大,隧道拱顶和边墙处的围岩变形及影响范围不断减小,但减小趋势逐渐趋缓。(4)随着隧道埋深的增大,隧道拱顶和边墙处的围岩变形不断增大,且在其他条件一定的情况下呈线性变化趋势。研究成果明确了四种主要因素影响下隧道的变形规律,对高铁隧道变形控制对策的选择具有一定的借鉴意义。     

隧道下穿采空区围岩变形规律研究

为了研究下穿煤矿采空区条件下隧道围岩变形规律,以太原—焦作高铁控制性工程——皇后岭隧道为工程背景,通过开展数值对比试验,分析采空区与隧道不同距离、不同围岩强度、不同支护强度影响下拱顶位移变化规律。结果表明：随着隧道顶部与采空区距离的逐渐增大,拱顶沉降逐渐减小,即距离越大,采空区对隧道围岩稳定性的影响越小,采空区对隧道的有效影响范围约1.7倍的隧道洞径。随着围岩强度等级的降低,拱顶位移呈现指数式增长,隧道围岩稳定性受围岩强度等级影响显著。隧道拱顶位移随着支护强度的增大,位移不断减小,围岩等级越低,支护强度对隧道变形的有效控制效果越好。     

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.     

非饱和砂质黏性紫色土一维渗透特性试验研究

利用土体瞬时渗透特性测试仪,对重庆非饱和砂质黏性紫色土进行一维土柱垂直渗透试验。模拟不同降雨条件(5 mm/h、15 mm/h、30 mm/h)下,其入渗率、累积入渗量、浸润峰、体积含水率和吸力等随时间的变化规律;分析得到其渗透特性和持水特性。结果表明:(1)在初始含水率相同的情况下,降雨强度越大,初期入渗率越大;土体的入渗率与含水率有关,含水率越低的土体,其入渗率越大;(2)不同降雨强度下,水入渗到同一监测点的时间不同;且降雨强度越大时,含水率增大到某一稳定值的数值也越大;(3)降雨强度并不会影响土体的饱和渗透系数和持水性能。从试验规律可知非饱和砂质黏性紫色土的体积含水率θ与渗透系数的对数lgk之间存在线性关系,拟合的线性方程,可应用于相应紫色土地区土体的非饱和渗流分析。     

隧道变形控制技术研究

采用有限元数值模拟软件ADINA对隧道开挖和支护变形进行分析,根据隧道围岩变形特点,提出采用锚喷支护的形式对隧道进行二次支护。数值模拟结果表明:采用锚喷支护可以改变围岩受力状态,显著的减小隧道拱顶变形和两帮侧移。     

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.     

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.     

穿越断层破碎带公路隧道现场监测与分析

以高湖头隧道为依托,选取F9断层对隧道围岩变形与支护受力进行监测并分析,发现围岩变形与支护受力随时间都呈现出明显的阶段性;围岩变形在隧道开挖后就已经完成了69%;支护结构最大受力都出现在隧道拱顶处。     

考虑土体基质吸力刚性挡墙基坑抗倾覆稳定性分析

地表降雨入渗对基坑周边土体有明显影响,进而引起基坑抗倾覆稳定性改变。基于非饱和土的平面应变抗剪强度统一解,考虑非饱和土强度的中间主应力效应,引入地下水位线以上非饱和土体基质吸力的空间分布,推导得到降雨入渗条件下的基坑挡墙抗倾覆稳定系数。对比分析了不同基质吸力分布模式对基坑抗倾覆稳定性的影响,研究了地下水位,降雨入渗强度,挡墙嵌固深度,土体内摩擦角等因素对基坑抗倾覆稳定性的影响。结果表明,降雨入渗降低了土体基质吸力;地下水位线的降低可以有效提高基坑抗倾覆稳定性;考虑中间主应力效应可以更加发挥非饱和土体的强度潜能;基质吸力及其分布形式对抗倾覆稳定性有显著影响。     

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。     

软弱地层浅埋大跨双连拱隧道支护结构变形研究

软弱地层浅埋大跨度双连拱隧道施工对围岩多次扰动,围岩稳定性差,施工过程支护结构变形和受力变化复杂,施工难度大。文中以南山路双连拱隧道为背景,通过现场监测和三维数值模拟研究双连拱隧道左右洞各施工步序中支护结构的位移变化规律,着重观察并分析拱顶沉降、边墙收敛的量值及变化稳定过程,研究表明:(1)支护结构变形以竖向沉降为主,水平收敛较小;(2)后行洞的施工对先行洞围岩扰动较大,导致先行洞变形明显变大;(3)缩短台阶长度,及时使支护结构封闭成环能有效改善结构受力,抑制隧道结构变形。     

大厚度湿陷性黄土隧道现场浸水试验研究

对于穿越大厚度湿陷性黄土地层的隧道,其围岩湿陷变形会威胁隧道结构的稳定性。为了分析黄土围岩湿陷变形对隧道衬砌结构的影响机制,选取典型大厚度湿陷性黄土隧道场地,通过开展隧道场地地面浸水试坑试验及隧道仰拱浸水试验,测试了地面入渗和隧道基底入渗过程中不同埋深地层的湿陷沉降变形及地基的沉降变形、入渗过程中围岩的体积含水率变化分布、试坑周边地层的侧向位移、衬砌结构接触压力和轴力,研究了既有隧道黄土地层的湿陷变形特性及水分运移规律、隧道结构力学响应。结果表明,隧道开挖、衬砌作用扰动黄土结构,增大了围岩及深层黄土的渗透性;与天然黄土场地试坑浸水入渗比较,增大了竖向浸水范围,减小了水平向浸水范围。隧道围岩湿陷变形改变了围岩与衬砌结构的相互作用性状。围岩湿陷和地基软化作用增大了二次衬砌结构侧墙竖向荷载和侧墙围岩的挤压作用,引起拱脚地基承载力减小和沉降变形发展,拱顶、拱肩接触面呈受拉状态;仰拱中部地基土的抗力作用抑制其沉降变形,从而使得拱脚和仰拱中部出现显著的沉降差,导致仰拱混凝土开裂,形成纵向裂缝。此外,浸水范围内黄土的湿陷变形不仅引起竖向沉降变形,还会引起周围土体产生侧向水平位移;洞口边坡场地黄土的湿陷性和地层湿陷变形差异较大,反映了黄土山岭黄土场地地层条件复杂多变的特征。     

昔格达地层隧道局部浸湿失稳特征及突变预测研究

为研究"见风成粉、遇水成泥"的昔格达地层隧道局部侵湿失稳特征,开展室内土工试验测试含水率对昔格达地层力学性质的影响,应用数值模拟手段探究局部含水率变化的昔格达地层隧道围岩变形特征,引入局部突变理论,提出昔格达地层隧道围岩遇水软化稳定性判别方程,结合现场监测验证结果合理性。研究结果表明:昔格达地层围岩具有显著的水敏感性,其中浅灰色页岩夹砂岩原状围岩的力学性质受含水率的影响最大,当含水率超过敏感界限时,围岩迅速劣化,力学性质出现跳跃式下降;昔格达地层隧道环向局部含水率升高将导致隧道收敛变形加剧,其中拱顶及仰拱处围岩含水率达到30%时,拱顶沉降与基底下沉明显增大,边墙处局部浸湿对周边围岩的水平位移有较大影响,易引发围岩侵入建筑限界甚至突变失稳;纵向仰拱局部浸湿主要存在两种模式:端部浸湿的类悬臂梁模式与初支中部浸湿的类简支梁模式;类悬臂梁模式下,在低含水率下,围岩位移随着靠近浸湿部位而加速增大;在高含水率下,围岩位移随着靠近浸湿部位增长速率放缓;类简支梁模式下,浸湿中心处初期支护位移受含水率变化影响最为明显,拱顶竖向位移降低约64.2%,边墙水平位移降低62.5%左右,拱顶竖向位移降低约84.6%;中心两侧位移变化有所不同,靠近掌子面附近的围岩变形始终大于其他位置;基于昔格达地层围岩水敏感性与遇水软塑特性,建立围岩局部浸湿软化力学模型,导出的围岩稳定性判别方程在实际工程应用中具备可行性与较高的准确性;研究结果可为后期川藏铁路昔格达地层隧道的安全施工及稳定性评价提供指导。