基于轴平移技术测试方法的误差修正与评估

为完善轴平移技术在非饱和土应用中的局限性,根据轴平移测试技术误差的产生机理,提出修正轴平移测试技术在量测土-水特征曲线(soil water characteristic curve,SWCC)误差的计算方法.结合张力计的测试结果,采用误差评估理论评估该方法的准确性.研究表明,应用轴平移测试技术量测的土-水特征曲线中各基质吸力所对应的含水率减去填充水所占的含水率,可得到修正后的含水率,有效降低了轴平移技术测试SWCC的系统误差.该方法的修正效果随着基质吸力的增大而更加明显,适合修正高基质吸力时的土-水特征曲线.     

降雨入渗对煤系膨胀土边坡瞬态稳定性影响分析

采用非饱和瞬态渗流有限元与极限平衡法相结合,对降雨入渗过程中煤系膨胀土边坡的渗流场与稳定场进行数值模拟,分析了土体渗透系数、降雨强度、降雨持时以及坡比等参数变化对煤系膨胀土边坡稳定性的影响。研究结果表明,土体渗透系数对边坡安全系数有较大影响,渗透系数较大的边坡在降雨48 h后,其安全系数出现陡降,最大降幅达到27. 82%。降雨强度越大,相同降雨持时的边坡安全系数越小,安全系数的降幅也越大。坡比对煤系膨胀土边坡的安全系数有显著影响,边坡安全系数随着坡比的减小而增大,在降雨强度为8. 33"10-7m/s的情况下,建议该类型土质边坡的坡比取值为1∶1. 5～1∶1. 75。     

饱和渗透系数空间变异性对边坡稳定性的影响

基于随机场理论和非饱和渗流理论,通过对某一假想边坡在降雨条件下进行非饱和渗流分析和边坡稳定性分析,研究了在不同降雨强度下土体饱和渗透系数的空间变异性对边坡稳定性的影响.分析结果表明,随着降雨强度的增加,边坡稳定性降低,临界降雨强度与饱和渗透系数有关.饱和渗透系数的竖向波动尺度对边坡稳定性影响较大,目前采用确定性分析方法对渗流过程模拟存在风险.     

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。     

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。     

降雨条件下非饱和土边坡渗流-应力耦合分析

以广西兴业县某滑坡为研究对象,利用Geo-Studio软件对非饱和土边坡渗流场、应力场、变形场进行直接耦合数值模拟分析,进而总结出了非饱和土边坡稳定性及滑移面的演化规律.结果表明:边坡浅层土体对降雨响应剧烈,孔隙水压力、体积含水量与降雨强度呈正相关性,基质吸力、有效应力锐减,引起抗剪强度下降,不利于边坡稳定;浅层土体受...     

降雨和库水位升降条件下考虑非饱和渗透系数空间变异的边坡可靠度分析

降雨和水位升降对库岸边坡具有显著影响,传统确定性分析难以准确评估其稳定性。考虑降雨和水位升降联合作用下水力参数的空间变异性,进行非饱和土边坡可靠度分析具有重要意义。以赣江库区中的莒洲岛边坡为研究对象,以贝叶斯方法校准的多元水力参数的联合随机场为基础,建立非饱和土边坡的稳定性分析方法。根据有限的岩土力学室内试验数据,采用贝叶斯方法校准土水特征曲线的模型参数,并从VGM、VGB、VG和FX模型中选出最优模型;联合多元水力参数的随机统计特征,生成非饱和土边坡渗透系数的随机场空间分布;针对2021年5月赣江水位快速升降并伴随暴雨的工程背景,将上述方法应用于莒洲岛库岸边坡的稳定性分析。研究结果表明,暴雨与水位变化的联合作用对边坡安全系数的影响显著,确定性分析的边坡安全系数偏低,考虑非饱和渗透系数空间变异性后计算所得到的SWCC综合可靠指标不能满足规范要求,需采取额外的边坡工程加固措施以保证边坡的长期稳定性。     

非饱和重塑黄土土-水特征曲线与渗透系数模型预测

在分析土-水特征曲线及预测非饱和土渗透系数方法的基础上,以甘肃兰州重塑黄土为研究对象,采用非饱和土固结仪,测定初始饱和度相同、干密度不同的土样的土-水特征曲线,基于拟合效果较好的Fredlund&Xing三参数方程对试验数据进行拟合.以实测的土-水特征曲线为基础,采用Childs&Collis-Geroge预测非饱和渗透系数的模型,计算得到非饱和黄土渗透系数与基质吸力的关系,结果表明:渗透系数随吸力的增大呈非线性减小,两者的关系可用幂函数表示,这为黄土地区土体工程性质的研究和预测,如降雨入渗的边坡稳定性评价、非饱和地基湿陷变形计算等提供了理论支持.     

非饱和膨胀土边坡中土水相互作用机理

为了探讨非饱和膨胀土中强烈土水相互作用对边坡稳定的影响，进行了大型现场降雨入渗模拟试验和综合的室内试验研究.研究了包括土水特征曲线的测试、胀缩试验和吸湿软化试验的室内试验.试验成果分析表明，在干湿季节循环过程中，非饱和膨胀土中水分、吸力、变形、应力和抗剪强度之间发生强烈耦合作用.膨胀土的丰富裂隙在土水相互作用中起关键作用，它直接破坏了土体的完整性，并显著增加了表层土的入渗速率.降雨入渗使得浅层的非饱和膨胀土体发生吸水膨胀而软化，还造成浅层土体中水平应力显著增加，这可能导致土体发生局部被动破坏.季节性干湿循环使得边坡浅层土体逐渐发生向坡下蠕变，以致边坡发生渐进累积破坏     

土坡稳定性分析中孔隙水压力系数的讨论

就土坡非饱和稳定性分析中几个关键性的问题进行分析,提出土条自重计算的土水分离算法.对定义在饱和区的孔隙水压力系数的合理性进行探讨,结果证明在计算入渗条件下大规模土质边坡稳定性时孔隙水压力系数将失效.针对这种情况,试图将其定义延伸到非饱和区,通过实例与降雨中土体水分增量的方法计算稳定性加以比较,以得到合理的延伸到非饱和的孔隙水压力系数.稳定性计算使用自编的土坡非饱和稳定性程序.     

考虑地下水与降雨影响的细粒土路基湿度场

为掌握地下水与降雨综合作用下的路基湿度场分布情况,基于饱和-非饱和渗流理论,提出一种降雨入渗边界切换方程,建立非饱和细粒土路基渗流分析模型,并验证其可靠性。分析受地下水影响的粉质黏土路基湿度场分布,结果表明,基质吸力分布与现有设计规范计算结果相同,但基于土水特征曲线得到的饱和度分布要大于规范提供的参考值;选取5种典型降雨强度,计算高压实度粉质黏土路基降雨入渗规律,结果表明当降雨强度小于土体饱和渗透系数时,入渗边坡不会产生暂态饱和区,当降雨强度大于土体饱和渗透系数时,土体入渗区域为暂态饱和区;分析降雨结束20 d后的路基湿度场分布规律,结果表明,暂态饱和区消散后的入渗深度随降雨强度增大而增加,降雨强度为120 mm/d时,路床底部、上路堤底部两层位坡面饱和度分别为91.6%～95.0%、92.0%～96.7%,硬路肩范围的路床区饱和度近似呈线性分布,约2 m的入渗范围内饱和度提高22%,下路堤底部层位的入渗仅在坡面范围,并未入渗到硬路肩范围。     

降雨入渗下膨胀土边坡的稳定性分析

膨胀土是一种特殊的非饱和土。随着降雨的入渗,膨胀土中的吸力和抗剪强度都将减小,因而研究膨胀土边坡在降雨入渗作用下的稳定性具有重要意义。文章以合肥轨道交通1号线膨胀土边坡为研究对象,采用Geo-Studio软件研究了降雨强度及历时、土体裂隙、时间推移对边坡稳定性的影响。在此基础上,运用正交试验设计方法对膨胀土的水力学参数(土水特征曲线拟合参数a、n、m及饱和渗透系数Ksat)进行了边坡稳定性的敏感性分析。结果表明:长时间的弱降雨对膨胀土边坡的稳定性有较大影响;裂隙的存在使降雨入渗作用下边坡的安全系数有较大降低;降雨对边坡稳定性的影响是持续性的;在影响膨胀土边坡稳定性的4个水力学参数中,饱和渗透系数Ksat为主要因素,土水特征曲线拟合参数a、n为不重要因素。     

降雨入渗对隧道下穿路基段边坡变形稳定性的影响分析

隧道下穿运营高速公路路基边坡施工扰动造成既有路基边坡的松动和变形,降雨入渗引起的下滑力增加和滑面抗剪强度的降低进一步加剧了边坡的变形,考虑降雨入渗和隧道下穿施工影响的路基边坡稳定性分析及确定合理、可行的加固方案对确保路基边坡的稳定性尤为重要.以贵阳轨道交通1号线下麦西地铁隧道下穿运营高速公路路基边坡工程为背景,考虑雨水入渗条件下隧道施工扰动对边坡稳定的影响,基于路基边坡土体的土-水特征曲线特性构建非饱和土体的流固耦合计算模型,分析雨水入渗条件下扰动路堤边坡的位移、塑性区特性和路堤边坡的安全性,分析结果表明降雨入渗对含软弱夹层的路基边坡稳定性影响显著,造成路堤边坡沿该弱面的塑性区贯通;考虑降雨的影响,经历降雨影响后的边坡安全系数降低,低于原边坡的安全系数,因此对受临近施工扰动的边坡需要考虑不同降雨次数后边坡安全性的累积作用.考虑降雨对扰动路堤边坡的影响,对比分析了锚索和抗滑桩加固措施对边坡滑移的控制效果,建议并实施了路堤边坡的施工,取得了良好效果.     

非饱和原状膨胀土平面应变剪切试验性状

介绍了非饱和土孔隙压力的测试技术和轴平移技术,利用改装的土工真三轴仪,模拟膨胀土边坡开挖过程的应力状态,对河南南阳原状膨胀土进行了平面应变等应力比卸荷试验,试验中同时测定了土中孔隙压力值,分析了膨胀土中吸力在剪切过程中的变化.试验表明,非饱和土原状膨胀土的吸力状态不仅与土的应力状态有关,还与土体的变形有关,其稳定表现出明显的滞后现象.土体吸力不仅取决于σ1、σ3,还与土中偏应力状态(σ1-σ3)有关.     

降雨入渗条件下非饱和土边坡稳定性研究进展

降雨,特别是强度大、历时长的暴雨,是引起边坡失稳破坏的主要因素。降雨期间,雨水的大量入渗使边坡土体的饱和度增加,非饱和区基质吸力降低,土体抗剪强度下降。当降雨的强度和持续时间超过一定程度时,便可能导致边坡失稳。在讨论非饱和土强度理论和渗流理论的基础上,探讨了近年来关于非饱和土边坡稳定性研究的进展。     

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。     

根系种类和含根量对土体强度及边坡稳定性影响

为研究边坡表层根土复合体对边坡稳定性的影响,通过室内三轴试验研究了重塑草根加筋土强度特征。选择３种常见的植物根系,分析根系种类和含根量对土体强度的影响,并基于三轴试验结果建立考虑草根加筋作用的边坡有限元分析模型,研究不同植物根系种类和含根量对边坡稳定的影响。试验结果表明：根土复合体试样应力—应变关系呈应变硬化型,随着试样含根量的增加,试样破坏应力显著上升;草根的存在虽对土体内摩擦力影响较小,但可显著提高土体黏聚力;根系配比对根土复合体强度加固效果有重要影响。数值模拟结果表明：表层根土复合体的存在可以延缓边坡表面水平位移的发展,延缓边坡进入塑性的趋势,有利于增强边坡的稳定性。     

灌木对黄土边坡的加固效应

植物对边坡稳定性的贡献源于根系对土体的加劲作用、根系吸水消耗孔隙水压力及其引起的抗剪强度增加.通过对非饱和含根土开展剪切试验建立了根-土复合体的抗剪强度模型,其抗剪强度是根系密度和土壤含水率的函数.通过建立二维根系吸水模型,开展根系吸水条件下的渠道边坡土壤水分运动数值模拟.根据土壤水分动态分布和根-土复合体抗剪强度模型计算了不同气象阶段植被渠道边坡的稳定性.对比相同时刻植被边坡和裸土边坡的稳定性计算结果发现,植物根系通过加劲土壤和吸取土壤水分能够显著增强黄土渠道边坡的稳定性.     

基于非饱和土强度理论的土质边坡浅层破坏稳定性分析

基于非饱和土强度理论,建立边坡内单元土体达到临界破坏状态的判别方程,提出土质边坡浅层失稳由上缘张拉区、中间主滑动区和下缘挤压区组成的"上、下缘顺坡曲面"组合破坏模式;论证了采用对数螺旋线描述上、下缘滑动体破裂面形态的合理性,并采用极限平衡理论建立了适用于非饱和土质边坡浅层破坏的稳定性分析方法。结果表明:"上、下缘顺坡曲面"组合破坏稳定分析方法能够较好地反映滑坡深度zw与中间主滑动区范围L2之间的变化关系;对于饱和土质边坡,内摩擦角和边坡坡度对边坡稳定性的影响非常小,土体黏聚力的影响则要大得多;对于非饱和土质边坡,土体黏聚力和内摩擦角的减小及边坡坡度的增大均会显著减弱边坡浅层土体的稳定性;土质边坡处于临界状态(安全稳定系数FS=1.0)时,随着土体饱和度的增加潜在滑坡体的破裂面逐渐向浅层迁移,说明降雨入渗导致饱和度上升的土质边坡更容易发生浅层失稳破坏;对于有限长度的土质边坡,无限长斜坡稳定分析方法得到的稳定安全系数偏于保守,考虑了滑坡体上、下缘力学作用的组合破坏稳定分析方法更为合理准确。     

基于FLAC3D的膨胀土边坡渐进变形失稳机理研究

以安徽省北沿江高速公路（马鞍山至巢湖段）的膨胀性黏土边坡为对象,通过分析边坡变形失稳特点探究了此类边坡变形失稳机理,并基于FLAC3D软件针对某典型边坡开展了边坡稳定性的数值模拟分析。分析结果表明：该类膨胀土边坡失稳受水作用影响显著,膨胀性黏土遇水膨胀,且强度参数折减程度较大,膨胀土路堑边坡浸水后的破坏主要是发生在坡面浅层,且浸水程度愈深,边坡稳定系数愈低,这表明膨胀土路堑边坡的稳定性受浸水湿化效应的控制,通过在坡脚设置支挡工程防护,使得坡体的水平位移发生了显著的减小,加强了坡体的整体稳定性。