连续降雨条件下黄土路基水分场数值分析

基于非饱和土水分迁移模型,给出了考虑含水量和密度影响的非饱和黄土路基水分场计算模型,确定了模型参数.指出含水量和密度对非饱和黄土渗透系数kw均有显著影响.编制有限元程序,模拟不利连阴雨天气,对黄土路基水分场变化过程进行计算分析.揭示出降雨入渗条件下土体密实度对路基水分场的变化有显著影响,密实度越小,路基湿软区域越大,雨水入渗水分迁移进程越快;相同条件下硬路肩较之土路肩更利于防止雨水入渗.因此,采用硬质路肩或增加土体密实度,均有利于减轻雨水渗入路基,从而预防和减少路基水毁病害.     

双层结构边坡降雨入渗与坡面径流耦合分析

天然土质边坡在地质和人为因素的作用下,通常呈现一定层状结构,在强降雨作用下会产生入渗和坡面径流。研究降雨条件下坡面径流与地表入渗相互影响过程,对山地洪水和滑坡灾害防治具有重要意义,然而,目前为止对层状土边坡地表与地下渗流的相互作用机制的研究理解还极为有限。本文针对上粗下细型层状土边坡降雨入渗研究中忽略坡面径流影响导致入渗分析不符合实际这一问题,基于Moore双层入渗和坡面径流控制方程建立耦合模型,并通过Python编制相应的计算程序分析耦合条件下双层结构边坡降雨产流及停雨后雨水重分布全过程。数值分析结果表明边坡土体降雨入渗过程与坡面径流深度有关;降雨初期降雨强度<坡面入渗能力,入渗速率等于降雨强度,坡面产流后入渗速率随降雨持时逐渐减小趋于稳定;当湿润锋跨过土层交界面时入渗速率急剧减小,最终等于次层土的渗透率,意味着上粗下细型层状土入渗速率主要由次层土控制同时降雨停止后径流快速衰退,已入渗的雨水在重力和湿润锋下方土体基质吸力的作用下继续向下推移,湿润锋入渗深度随雨水重分布历时趋于平缓。算例表明,该计算模型与计算方法可行,能够较好地反映实际层状土边坡的降雨入渗过程,为类似的层状土边坡研究提供计算依据。     

土钉支护结构整体稳定性的动态分析

用非饱和土强度理论建立了土钉支护整体稳定性最小安全系数的公式．运用非饱和土水分子运动方程，求解降雨入渗条件下边坡土体的瞬态体积含水量，又考虑到其与非饱和土抗剪强度的关系，分析了降雨入渗条件下非饱和土土钉支护边坡整体动态稳定性．用MATLAB计算机语言实现了遗传算法寻找非饱和土土钉支护结构最危险滑裂面和与其对应的最小安全系数的自动寻优．     

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。     

防渗对降雨引起的膨胀土路基渗流场的影响

采用有限元软件ABAQUS对由降雨引起的城市道路路基渗流场进行数值模拟。在降雨量一定的情况下,根据采用和不采用防渗措施时路基中饱和度和含水量的分布,分析降雨强度、土工膜防渗以及防渗深度对路基中水分分布及迁移的影响,并探讨土工膜防渗对控制城市道路膨胀土路基胀缩变形的意义。分析结果表明:降雨强度越低,雨水入渗引起的路基含水量变化量越大,沿路基横断面分布越不均匀;土工膜防渗以后,路基受降雨的影响明显下降,随着防渗深度的增加,降雨对路基中含水量分布的影响显著减小;防渗可控制降雨引起的膨胀土路基膨胀变形的发展。     

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。     

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.     

考虑降雨入渗影响的边坡稳定分析方法探讨

分析了残积土、膨胀土等边坡在降雨入渗情况下土体抗剪强度降低的主要原因 ,探讨了现有的考虑雨水入渗影响的边坡稳定分析方法 .运用非饱和土强度理论 ,提出非饱和土等效凝聚力新概念 ,从而可方便地使用常用的Bishop法等极限平衡法进行考虑雨水入渗影响的边坡稳定分析计算     

黄土路基降雨入渗现场试验

为了寻求适合黄土地区公路路基湿陷性评价的方法,找到符合公路工况的实际水分入渗规律,通过现场 人工降雨试验,观测了湿陷性黄土路基在百年一遇降雨强度下的入渗以及饱和深度,并结合有限元数值模拟,分 析了湿陷性黄土降雨入渗的规律。结果表明:在降雨条件下湿陷性黄土路基入渗的影响深度小于2.7m,饱和 深度为20cm。该结果可为黄土地区路基处理设计中的黄土湿陷性评价、施工提供依据。     

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。     

某一级公路路基填土膨胀性试验

通过对某一级公路路基填土的天然含水量、液限、塑限、颗粒组成、矿物成分、自由膨胀率、胀缩总率等试 验研究,运用塑性图,并综合各项指标对路基填土的膨胀性做了评价。结果认为,此路基填土为高液限和塑限的 淤泥质软土,天然状态下具有弱膨胀性。通过对路基填土的击实试验和承载比试验表明,填土压实之后具有一 定的膨胀性,在含水量变化差异性影响下的胀缩变形可能导致路基开裂。     

非饱和土边坡的监测和人工降雨试验

介绍了用于非饱和土边坡试验的人工模拟降雨设备的组成、主要设计参数和控制降雨强度的方法,着重介绍了总降雨量、径流量、孔隙水压力(吸力)、含水量4种基本数据测量所需的仪器及其埋设方法,给出应用实例和比较分析,并设计了在重庆某高速公路填土边坡上的非饱和土特性监测计划和人工降雨装置.     

路基土钉支护加固的数值分析

建立路基土钉支护加固的数值分析计算模型,对边坡土体的变形及土钉的受力进行分析,数值结果表明:随着边坡开挖深度增加面板位移加大,土钉轴力增加.基于此数值分析建议在工程实际中土钉不等长布置会得到更好的支护效果与经济性.     

植被对红壤坡面侵蚀影响的试验研究

考虑种植草本植被时红壤坡面的侵蚀情况,采用室内人工模拟降雨的方法,在强降雨(雨强2.0 mm/min)、短历时(30 min)情况下,研究不同坡度、不同植被覆盖度下红壤坡面抗侵蚀效应。结果表明:当植被覆盖度40%时,随着植被覆盖度的增加,侵蚀量迅速降低,当植被覆盖度60%时,侵蚀量减小趋于平缓,故本研究的临界植被覆盖度为40%~60%;对于不同植被覆盖度的红壤坡面,其临界坡度也发生了变化,当植被覆盖度40%时,临界坡度较裸露坡面逐渐减小,当植被覆盖度60%时,随着坡度的增加侵蚀量缓慢递增,试验中没有出现临界坡度。分析其原因,指出临界坡度是土壤内在性质、植被特性、降雨等因素综合作用的结果,并不是一个常数。     

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。