初始地下水对浅层边坡降雨入渗及稳定性影响

浙江省山地丘陵地区浅层边坡土层大多存在稳定的初始地下水,从而导致土体含水率分布复杂、降雨入渗和稳定性分析难度大。为此,根据土体非饱和特性确定考虑初始地下水影响的坡体含水率指数分布模型,根据雨强与土体饱和渗透系数的对比关系将降雨分为弱降雨和强降雨两类工况,基于Green-Ampt入渗模型及水量平衡原理推导考虑初始地下水影响的浅层边坡降雨入渗物理方程解析解;结合浅层无限边坡模型,分析考虑初始地下水影响的浅层边坡在降雨作用下的稳定性;当假定坡体含水率均匀分布时,改进模型可近似退化为传统模型;当坡体含水率呈指数分布时,通过数值模拟验证改进模型的有效性。结果表明：当浅层边坡基岩上部土层存在初始地下水时,降雨导致的失稳将发生在基岩面处,且失稳时间早于传统模型的预测结果;弱降雨工况下,雨强提高导致边坡触发失稳的时间呈近指数关系快速缩短;强降雨工况下,当不考虑坡面径流对入渗的促进作用时,雨强提高导致边坡触发失稳时间缩短,速度趋于平缓。     

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.     

黄河滩岸稳定性影响因素的敏感性分析

黄河滩岸的崩塌失稳将会对滩地和村庄造成严重冲蚀,甚至造成堤防冲决,对黄河滩岸稳定性及其影响因素的敏感性进行分析具有重要的工程实践意义.选择了影响滩岸稳定性较大的主要因素(土体凝聚力c、坡体内水头H和坡角α)进行分析.由c、H及α变化组成不同分析工况,采用边坡稳定性分析方法,分析了滩岸稳定性,并在此基础上研究了滩岸稳定性对c、H及α的敏感性.分析结果表明:在各种计算工况下,黄河滩岸是稳定的;c是影响滩岸坡体稳定性最强的因素,其敏感性随坡角及水头的增大而增强;H对滩岸坡体稳定性影响次之,其敏感性随坡角的增大而增大,随凝聚力的增大而减小;α对坡体稳定的敏感性相对较小,其随凝聚力的增大而减小,随水头的变化不明显.     

含水量对砂性土边坡稳定性的影响试验研究

为研究含水量对砂性土边坡稳定性的影响,以降雨强度、坡体密度和初始含水量为主要影响因素,设计了一组正交试验,统计了边坡破坏时坡体的含水量,给出了砂性土边坡失稳含水量的临界值,为了便于分析,选取100min时的坡体含水量作为因变量,对影响边坡稳定性的因素进行了正交敏感性分析。研究结果表明:针对45°砂性土边坡,含水率大于45%时,易发生滑坡灾害;砂性土边坡100min时的含水量与降雨强度成正比,与坡体土密度成反比,并随着初始含水量的增大而出现先减小后增加的趋势,就含水量而言,砂性土边坡稳定性最不利的因素组合为强降雨、低密度和高初始含水量。     

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。     

库区水位下降对库岸边坡稳定性的影响

为了研究库区水位下降过程中岸坡的稳定性,在探讨库岸边坡稳定性影响因素的基础之上,通过数值计算与稳定性分析理论,同时考虑坡度、坡体渗透系数与库区水位下降速率的不同工况条件下渗流场中孔隙水压力的变化,并对库区水位下降期间各因素变化对边坡稳定性系数的影响进行了分析.研究结果表明:库区水位下降对库岸边坡的稳定性有着较大影响,是库区边坡失稳破坏的重要因素,当水位下降时,库岸边坡稳定逐渐降低.采用FLAC对不同工况进行数值计算,当研究参数取值在符合工程实际范围内时,相同水位下降速率条件下库岸边坡坡度逐渐增加时,边坡稳定性呈现逐渐下降趋势;坡体渗透系数逐渐减小时,边坡稳定性也越来越低.而不同的水位下降速率对边坡稳定影响也不同,当水位下降高度相同时,下降速率逐渐增大则边坡的稳定性逐渐降低;坡度、水位下降速率与坡体渗透系数的变化都会导致边坡稳定系数的变化,其中库区水位下降过程中存在着稳定性系数最小值,水位下降速度越大,最小值越小;此外,库水位下降时存在一个最危险水位,此时坡体稳定性系数最小,而该水位大致位于坡体下1/3处.研究结果对三峡库区水库水位的调控和库岸边坡的稳定性具有一定的工程意义.     

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。     

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。     

考虑降雨入渗的某矿区滑坡数值模拟分析

矿区坡体土质粘粒较少,在二次翻采、随意堆弃工况下,极易造成滑坡区土质疏松、加大土体的孔隙率。根据矿区滑坡坡体的工程地质及工况特点,考虑土体内应力场与渗流场之间的流—固耦合作用,采用有限元法,对比分析了某矿区滑坡体的边坡在降雨前、后的边坡安全系数.数值分析表明,考虑降雨入渗的情况下边坡安全系数明显下降.     

降雨循环条件下高切坡稳定性演化过程及预测方法

为进一步揭示降雨循环条件下基岩型台阶状高切坡的降雨入渗及稳定性演化过程,以乐西高速马边至昭觉段某粉质黏土覆盖层基岩型台阶状高切坡为研究对象,通过室内干湿循环试验建立土体抗剪强度参数劣化数学模型;利用Geo-studio数值模拟软件研究多工况降雨循环下高切坡降雨入渗过程,揭示不同降雨循环工况下及雨后高切坡内部渗流场及稳定...     

黄河下游引黄灌区最优发展规模宏观决策研究

本文应用两级分解协调地下水地面水联合运用非线性规划模型,来确定水货源的最优分配,并通过来水的随机组合求得灌区总期望净效益,以期望净效益最大为准则确定最优规模。研究结果表明,黄河下游引黄灌区最优发展规模,1990年水平为5532万亩,年平均引水量156亿立米,净效益12.4亿元;2000年水平面积4813万亩,引水量81.1亿立米,净效益9.9亿元.     

露天矿排土场边坡稳定性分析

针对安太堡露天矿内排土场边坡,介绍了边坡的工程概况和地质条件.结合边坡工程的具体特点,首先运用SLIDE软件,对不同工况下边坡强度稳定性进行对比分析,进而对位移监测数据发展趋势进行了研究.结果表明：排土场边坡的变形处于不断发展的过程中,在降雨或地震的作用下排土场边坡稳定系数明显降低,可能滑动面扩大,特别是在降雨条件下局部危险滑动面可能发生贯通,边坡存在整体失稳的可能.通过研究,可为排土场边坡综合治理措施的制定提供依据.     

Probabilistic assessment of rock slopes stability using the response surface approach——A case study

This paper examines the stability condition of a jointed rock slope in the south western region of Saudi Arabia using deterministic and probabilistic approaches, under both dry and wet conditions. The study area is characterized by complex geology in rugged terrains. The stability analysis is carried out using the code FLAC3 D to generate a 3-dimensional, ubiquitous joint model, to determine the influence of the dominant, unfavourable discontinuity orientation with respect to the slope face. The deterministic analysis is first implemented using the mean values of the selected random variables, namely the dip,dip direction and friction angle of the dominant discontinuity set, and the stability condition is assessed with a factor of safety based on the classical frictional joint constitutive model. A Box-Behnken design(BBD) approach is then adopted to create the surface response function as a second order polynomial for the factor of safety. To do so, fifteen FLAC3 D models are generated in accordance with the BBD.Based on this, 10,000 simulations of different slope realizations are carried out using Monte-Carlo simulation technique, and the probability of unsatisfactory of performance of the rock slope is assessed. It is shown that the probabilistic approach provides more insight and confidence in the stability condition of the rock slope, both under dry and steady state heavy rainfall conditions. A discussion is presented on the significance of accepting lower safety factors when heavy rainfall conditions are encountered.     

Domino instability effect of surrounding rock-coal pillars in a room-and-pillar gob

To discuss the domino instability effect and large area roof falling and roof accidents of surrounding rock-coal pillars in a room-and-pillar gob, the equilibrium equation for a roof-coal pillar-floor system with the influence of mining floor was developed based on the engineering conditions of the surrounding rock in a room-and-pillar gob in the 3^?2 coal seam of Tanggonggou mine. The conditions of system instability and the relationship between system stability and system stiffness were analyzed from an energetic point of view. Numerical simulation using the discrete element software UDEC was also carried out to simulate conditions causing the domino effect on surrounding rock-coal pillars in a 3^?2 room-and-pillar gob. The results show that: if we want the system to destabilize, the collective energy in roof-and-floor must be larger than that in the coal pillar. When the stiffness of the coal pillars and the roof-and-floor are both greater than zero, the system is stable. When the stiffness of the coal pillars is negative but the summed stiffness of the coal pillars and roof-and-floor is larger than or equal to zero, the system is statically destroyed. When the sum of the coal pillars and the roof-floor stiffness is negative, the system suffers from severe damages. For equal advance distances of the coal mining face, the wider coal pillars can reduce the probability of domino type instability. Conversely, the smaller width pillars can increase the instability probability. Domino type instability of surrounding rock-coal pillars is predicted to be unlikely when the width of coal pillars is not less than 8 m.     

强降雨条件下含软弱夹层粘性土坡稳定性分析

为了分析含软弱夹层粘性土坡在强降雨条件下的稳定性,结合某失稳边坡工程现场实际调研资料,基于饱和非饱和渗流与非饱和抗剪强度理论,提出了一种新的含软弱夹层粘性土坡稳定性分析方法,并利用该方法分析了强降雨条件下边坡的渗流特性及安全系数变化规律。分析结果表明：降雨入渗先在边坡软弱夹层内形成暂态饱和区,且当坡顶入渗的雨水未渗流至软弱夹层时,夹层内暂态饱和区中的雨水会沿夹层上表面向着坡顶方向渗流;降雨入渗过程中,边坡基质吸力与铅直有效应力之间存在严格的正相关变化关系;随着降雨历时的增加,塑性区首先在软弱夹层内部贯通,然后向坡顶扩展,边坡安全系数逐渐降低;降雨停止一段时间后,由于坡顶入渗雨水的补给,软弱夹层内局部将仍存在暂态饱和区,此时,塑性区面积会由坡顶向软弱夹层内部减小,再由夹层内部至坡面逐渐缩减,但边坡安全系数并未明显上升;根据数值计算结果可将粘性土坡失稳过程分为夹层软化、夹层挤压、拉伸裂缝、坡顶沉降和断裂滑移等5个阶段。因此,为了降低强降雨对边坡稳定性的影响,在含软弱夹层粘性土坡支护设计时应着重考虑边坡排水系统的合理布设。     

水库滑坡灾害致灾机理及防控技术研究与展望

随着中国高坝大库水利水电工程的相继运行,水库滑坡灾害已成为影响工程运行稳定和威胁沿岸人民生命财产安全的重大隐患,提升其综合防控能力是国家重大需求。水库滑坡是一个复杂的地质综合体,其变形破坏过程不仅与滑坡所在区域的地质条件特性相关,更取决于诱发因素如降雨、库水位变动等动态作用的影响,从开始孕育变形到最终失稳破坏一般需经历较长的历时,是一个不断累积发展的过程,不仅涉及降雨入渗与库水影响的时空叠加作用,更涉及多因素耦合下的渐进破坏机制,其致灾机理与防控难度极高。本文结合大量现场调查、室内外试验和数值模拟,总结了库区地质、水文等条件对于滑坡易感性及空间分布的影响规律,揭示了强降雨、库水位变动及多因素叠加作用下水库滑坡的累积灾变失稳机理;建立了离散元模型与流体力学模型（DEM-SPH）耦合的滑坡-涌浪模拟技术,能够较好地揭示高速滑坡体入河与水流的强碰撞及涌浪的非线性传播过程,可为滑坡致灾影响范围及应急避险方案制定提供科学依据;构建了无人机-3维激光扫描空地数据融合的大范围水库滑坡3维变形演化监测技术,并归纳总结了水库滑坡的综合治理技术。此外,针对多因素驱动下水库滑坡复杂致灾机理及防控技术方面的研究不足和局限性,展望了水库滑坡在灾变累积失稳与稳定评价、多源融合监测与智能预警、滑坡-涌浪流固耦合模拟与致灾影响评估、生态措施-支护结构联合治理技术方面的未来发展方向,期望为水库滑坡灾害防控减灾研究提供借鉴。     

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。     

强降雨作用下昔格达边坡渗流特性及稳定性分析

昔格达地层分布于中国西南,其工程性质极差。为分析上覆第四纪残坡积物的昔格达组粉砂土边坡在强降雨作用下的渗流特性及稳定性,结合石棉县莫家岗滑坡,用数值模拟方法研究坡体渗流规律;用Morgenstern-Price方法计算各时刻坡体稳定性系数,并分析其变化规律。结果表明：雨水在坡体中逐层入渗,雨停后渗流过程将继续发展,由于存在土层分界面,坡体渗流特性不同于均质坡体;降雨过程中,孔隙水压力发生增长的范围在界面附近加速拓展,雨停后,土层分界面附近第四纪残坡积物仍处于近饱和状态;降雨入渗导致坡体边坡稳定性系数下降,且稳定性系数变化对降雨的响应存在滞后性。     

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。