包盖法填筑炭质泥岩路堤在降雨条件下的稳定性分析

为了研究包盖法填筑炭质泥岩路堤在降雨条件下的稳定性,基于饱和-非饱和渗流数学模型与边坡稳定性计算理论,对不同降雨强度和饱和渗透系数影响下炭质泥岩路堤渗流特性及稳定性的变化规律进行了分析。得出如下结论:(1)降雨过程中,坡面附近土体体积含水率升高速度快,其升高幅度和高程、距坡面的距离成反比。降雨停止后,坡面附近土体体积含水率降低缓慢,其降低幅度和高程、距坡面距离成正比。(2)随着降雨时间的增加,降雨强度越大,路堤土体孔隙水压力升高越明显,包边土体中正孔隙水压力区域范围也越大。(3)在降雨过程中,路堤饱和渗透系数越大,路堤土体孔隙水压力升高幅度越小。包边土体中正孔隙水压力区域范围也越小。(4)降雨期间,路堤安全系数逐渐降低;降雨停止之后,路堤安全系数缓慢升高。路堤安全系数的大小和降雨强度、饱和渗透系数成反比。     

降雨入渗对边坡暂态饱和区分布特征的影响

针对降雨入渗形成的边坡内部暂态饱和区的形成与分布受多种因素影响的状况,开展了降雨条件下暂态饱和区形成条件及多因素影响下暂态饱和区分布的研究。基于有限元数值模拟方法,开展一维渗流及二维渗流过程计算,得到了暂态饱和区的形成条件及多因素影响下的分布特征。研究结果表明:一维渗流条件下,暂态饱和区生成速度和扩展范围受到降雨强度与降雨时间共同控制,暂态饱和区形成的根本原因是土体表面入渗流速大于土体内部湿润锋出渗流速;降雨条件下,暂态饱和区形成的速度为边坡下部大于边坡上部,降雨停止后,随着雨水的持续下渗,坡面已饱和区域体积含水率随着雨水的下渗逐渐降低,消散速度为边坡上部快于下部;降雨强度、初始边坡表面吸力、边坡土体类型对暂态饱和区形成时间、分布深度将产生一定的影响,且影响程度大于坡比对暂态饱和区的影响;在边坡初始表面吸力相同的条件下,降雨强度越大边坡表面孔隙水压力上升速度越快,在降雨强度相同的条件下,初始表面吸力越大边坡表面孔隙水压力上升速度越快,边坡表面孔隙水压力受坡比影响较小。     

降雨条件下包盖法填筑炭质泥岩路堤稳定性分析

为了研究降雨条件下包盖法填筑炭质泥岩路堤稳定性,该文基于饱和-非饱和状态路堤渗流数学模型与稳定性计算理论,采用有限元数值方法对降雨条件下包盖法填筑炭质泥岩路堤渗流特征及稳定性进行了计算。得到如下结论:(1)降雨条件下,坡面附近包边土体积含水率升降的幅度与高程成正比,与距坡面的距离成反比;(2)降雨过程中,黏土包边方案路堤内部土体体积含水率、孔隙水压力的变化幅度最小,粉质黏土包边方案次之,粉土包边方案最大;(3)降雨条件下,路堤内部土体体积含水率、孔隙水压力的变化幅度与包边土体宽度成反比;(4)降雨期间,黏土包边方案路堤安全系数最大,粉质黏土包边方案次之,粉土包边方案最小;(5)降雨开始后,路堤安全系数不断降低,降雨停止后,路堤安全系数缓慢升高,路堤安全系数与包边宽度成正比。     

降雨入渗对土石坝边坡稳定性影响的分析研究

降雨入渗是土质边坡失稳的主要诱发因素,很多土石坝坝坡滑坡都与降雨有着密切的关系。在饱和-非饱和渗流理论及土石坝填土土—水特征曲线的基础上,对土石坝在降雨入渗情况下非饱和区基质吸力的变化及暂态饱和区的形成进行分析,结合工程实例,采用极限平衡法在考虑不同降雨强度及持续时间下对非饱和渗流土石坝下游坝坡稳定性的影响进行分析。计算结果表明,降雨入渗导致土石坝浸润线的升高,从而使得原浸润线以上区域出现暂态饱和区,孔隙水压力增加,最终导致坝坡稳定性的降低,降雨强度越大或降雨历时越长,坝坡安全系数降低越多,坝坡安全系数在降雨持续2～4 h时降低的最快。     

水位下降过程中路堤渗流特征及稳定性分析

为了研究水位下降对粘性土路堤渗流特征及稳定性的影响,该文基于饱和-非饱和状态路堤渗流及稳定性计算基本理论,采用有限元数值计算方法,分析了水位下降过程中路堤模型内部渗流特征、浸润线及安全系数的变化趋势。得到如下结论:1水位下降开始后,坡面附近土体孔隙水压力下降幅度分别与距坡底的距离成反比、与水位下降速率成正比;2水位下降过程中,坡面附近土体含水率下降幅度分别与距初始水位的距离成反比、与水位下降速率成正比;3水位下降条件下,路堤内部浸润线持续降低,其下降幅度与水位下降速率成正比;4水位下降期间,路堤安全系数先迅速降低,后持续增大,且与非饱和强度成正比。     

基于荧光示踪法的含裂隙带红黏土边坡渗流特性研究

为准确高效地分析含裂隙带红黏土边坡在降雨条件下渗流特性，基于荧光示踪法和数字图像处理技术，开展降雨条件下不同裂隙带参数红黏土边坡室内模型试验，实时拍摄降雨过程中含裂隙带红黏土边坡模型水分渗流路径荧光图像，通过识别含荧光强度图像，分析边坡模型中坡表湿润锋、暂态饱和区及体积含水率的变化规律。研究结果表明：随着降雨历时增长，对比有无裂隙带边坡，湿润锋深度的变化随裂隙带深度和位置等裂隙带参数的不同呈不同的发展趋势，且裂隙带深度和位置的变化对湿润锋深度影响最大；降雨过程中，湿润锋深度与裂隙带深度呈正相关，而含水率变化幅度与裂隙带深度基本呈现负相关；裂隙带参数对暂态饱和区面积形成的影响程度由大至小依次为深度、位置、角度；暂态饱和区主要出现在裂隙底端及边坡表层，裂隙带深度越小，两处的暂态饱和区越容易连通；裂隙带深度增大时，雨水可沿裂隙直接渗入边坡深处，并在裂隙底端形成大面积暂态饱和区，饱和区内基质吸力减小使土体抗剪强度降低，体积含水率增加使得土体重度增加进而引起下滑力增大，将对红黏土边坡稳定性造成不利影响。     

持续降雨对土质边坡稳定性影响研究

通过室内试验、数值模拟并结合工程实例，研究了持续降雨对土质边坡稳定性的影响。结果表明:降雨会在土质边坡表层形成一层暂态饱和区，暂态饱和区的范围会随着降雨历时和强度的增大而逐渐增大；在Geostudio 2012数值模拟中，表现为均质土坡在表层出现的湿润峰随着降雨历时和降雨强度的增大而向坡体深部扩展，在相同条件下，湿润峰在坡体平缓部位扩展深度大，而在坡体陡峭处扩展深度小，导致湿润峰将坡体划分为上部暂态饱和区与下部非饱和区两部分。相同原状土体的黏聚力与内摩擦角随着含水率的增大和减小而相应增大和减小，致使湿润峰上部暂态饱和区土体物理力学性质发生改变，最终导致边坡稳定性系数随降雨的变化而发生变化。因此，在工程建设中出现均质土坡时，必须考虑天然降雨对边坡稳定性的影响，并做好截水及排水设计。     

降雨条件下公路边坡暂态饱和区发展规律

为了分析降雨对边坡稳定性的影响,结合工程实际情况,通过拟定不同的降雨计算方案,采用饱和非饱和渗流理论对某高速公路边坡暂态饱和区的发展变化和地下水升降情况进行数值模拟,进而深入研究边坡在降雨过程中地下水位和暂态饱和区的变化规律以及暂态饱和区对边坡稳定性的影响。研究结果表明：降雨强度决定了饱和区形成的时间,而暂态饱和区扩展面积的大小则受到降雨历时和降雨强度共同影响,暂态饱和区形成和消散都具有滞后特点;降雨不会迅速引起边坡中地下水位的大幅度上升;初始地下水位的高低对暂态饱和区出现的时间和扩展范围将产生重要影响。     

降雨入渗作用下风积沙路堤边坡的稳定性分析

以风积沙路堤边坡为研究对象，分析了不同降雨类型下，土体的体积含水量、孔隙水压力对边坡稳定性的影响及渗透规律。采用基于饱和-非饱和渗流理论的有限元软件，考虑基质吸力对滑动面抗剪强度的影响，对坡体在不同降雨类型下的渗透规律和对边坡的稳定性进行分析。结果表明:边坡在降雨入渗过程中，边坡表层体积含水量逐渐增大，基质吸力逐渐降低，在强降雨下边坡表层形成一个暂态饱和区，容易发生浅层滑动；连续降雨的边坡表层没有暂态饱和区，雨水全部下渗，在相同降雨量下连续降雨的渗入量和渗透深度都要大于短时强降雨；连续降雨相比短时强降雨对     

强降雨条件下弃土场边坡稳定性历程分析

基于饱和非饱和理论,在Geo-Studio数值模拟的基础上分析了整个降雨历时过程中,不同降雨强度条件下,山区弃土场边坡内部渗流、降雨入渗速率和边坡稳定性的变化规律。结果表明:降雨入渗过程中,坡表部分区域迅速饱和,弃土场边坡内部存在低孔隙水压力的非饱和区;在降雨的初始阶段,降雨入渗速率主要受坡表土体渗透系数的制约,随着坡表土体饱和度的增加,降雨强度逐渐转变为影响降雨入渗速率的主导因素;边坡稳定性系数在整个降雨过程中呈现先减小后增大的趋势,但边坡最危险时刻出现在降雨结束后的2～6h时间段,并非通常认为的降雨过程中;当降雨强度达到一定值时,边坡稳定性系数在降雨过程中会出现一个小幅的增加。     

短时强降雨作用下土质边坡稳定性分析

基于饱和-非饱和渗流及非饱和抗剪强度理论,对土质边坡在短时强降雨条件下的渗流场进行数值模拟,在此基础上计算不同降雨时间的边坡安全系数。结果表明,降雨入渗将导致边坡内土体基质吸力降低甚至消失,导致边坡抗剪强度减小;雨水入渗会增大入渗区域暂态水荷载;在基质吸力降低与暂态水荷载增大的双重作用下,边坡安全系数下降。     

山区高速公路弃渣场边坡渗流及稳定性分析

依据岩土饱和-非饱和渗流理论,考虑代表性降雨入渗的影响,运用有限元分析软件,对高速公路弃渣场边坡的典型断面进行渗流及稳定性数值模拟计算与分析。结果表明,在短时暴雨入渗作用下,渣体渗透性小于降雨强度,降雨期间渣场坡面形成暂态饱和区;在连续降雨入渗作用下,渣体渗透性大于降雨强度,降雨期间渣场坡面无暂态饱和区;在短时暴雨和连续降雨入渗作用下,渣体上部的孔隙水压力增大,短时暴雨入渗引起孔隙水压力变化的深度范围比连续降雨入渗时小,降雨入渗影响深度不大于3m;随着降雨的持续,入渗影响深度增加,渣场边坡的稳定性系数逐渐降低。     

降雨条件下崩解炭质泥岩一维渗流特性研究

为研究降雨条件下崩解炭质泥岩一维渗流特性,设计了一种测量崩解炭质泥岩在降雨条件下体积含水率变化规律的装置,通过设置3种降雨强度下崩解炭质泥岩土体的入渗试验,得到崩解炭质泥岩在不同降雨条件下随高程分布的各特征点体积含水率随时间的变化规律。同时,基于Geo-Studio软件中Seep模块对崩解炭质泥岩一维土柱进行数值模拟,验证了崩解炭质泥岩的渗流规律。结果表明:(1)崩解炭质泥岩路堤在降雨条件下沿高度方向的体积含水率变化呈现梯度变化规律,首先含水率由上至下依次升高达到平稳,随后底部土体率先饱和,最后全部土体达到饱和;(2)各特征点含水率达到平稳状态和饱和状态的时间与降雨强度成反比;(3)降雨过程中浸润线高度不断降低,浸润线的下降速度和拟合函数斜率均与降雨强度成正比,降雨强度越大浸润线到达碎石层的时间越短;(4)数值计算所得特征点含水率和浸润线的变化规律与试验结果基本一致,含水率变化更具规律性且浸润线深度在降雨中后期的结果较大。     

坡前水位升降对炭质泥岩-粉土分层填筑路堤边坡渗流特征及稳定性的影响

为研究坡前水位升降对炭质泥岩-粉土分层填筑路堤边坡渗流特征及稳定性的影响,结合饱和-非饱和渗流理论与非饱和抗剪强度理论对分层填筑路堤在不同水位升降速度下的渗流特征与边坡稳定性进行数值分析,并探讨了分层交错填筑厚度对路堤稳定性的影响。分析表明:1坡前水位上升引起路堤土体积含水率与孔隙水压力升高,坡前水位下降后,路堤顶部土体体积含水率与孔隙水压力继续升高,其余位置则逐渐降低,且坡面附近的降低幅度要大于路堤内部;2特征截面沿高程方向上的含水率分布具有明显的分层差异性;3坡前水位升降过程中,路堤边坡安全系数呈现先增大、后减小、再增大的变化规律;4炭质泥岩-粉土分层填筑路堤的最佳分层交错填筑厚度为炭质泥岩与粉质粘土填筑层厚度均为1.5m。     

降雨工况下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区时空演变规律模型试验

基于室内模型试验及相似理论,利用含水率测试仪、张力计、土压力盒分别监测长时间大雨、短时间暴雨2种降雨工况下粗粒土高路堤边坡体积含水率、基质吸力、坡前推力变化规律,研究这2种降雨工况下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区时空演变规律,揭示暂态饱和区变化影响下粗粒土高路堤边坡失稳机理。结果表明：2种降雨工况下降雨初期,暂态饱和区主要分布在边坡表层,体积含水率逐层上升、基质吸力逐层消散;随降雨不断持续,长时间大雨工况下暂态饱和区主要呈S形分布,暂态饱和区扩展过程中路堤边坡各级坡脚处的体积含水率先上升、基质吸力先消散,坡前推力主要分布在路堤边坡坡脚深处,边坡土体抗剪强度削弱区域首先分布在各级路堤坡脚处并逐渐向边坡内部扩展;短时间暴雨工况下暂态饱和区呈J形分布,暂态饱和区在下路堤坡脚处分布的面积较大,暂态饱和区扩展过程中下路堤边坡下部坡脚附近体积含水率先上升、基质吸力先消散,坡前推力由表层向路堤深处逐渐增大,土体抗剪强度削弱区域主要分布在下路堤边坡坡脚处。     

降雨对山区高速公路弃土场边坡稳定性影响分析

弃土场是山区高速公路建设的附属工程,其稳定性是工程设计人员重点关注的技术难题。该文采用饱和-非饱和渗流分析方法对贵州省六盘水至威宁高速公路YK53+750右侧40 m弃土场边坡降雨条件下的渗流场进行数值模拟计算,在此基础上采用刚体极限平衡法对其安全系数进行计算,并探讨降雨对弃土边坡稳定性的影响。研究结果表明:在降雨条件下弃土边坡的基质吸力减小,并随着降雨的持续,在弃土边坡表面部分区域会形成暂态饱和区,但雨停之后边坡表面的暂态饱和区逐渐消散,基质吸力逐渐增大,坡体内的基质吸力先减小后缓慢增大;降雨对边坡稳定性的影响是显著的,降雨会导致弃土抗剪强度参数降低,引起弃土场边坡的安全系数减小,进而降低弃土场边坡的稳定性;采用假定岩土体全部饱和来进行暴雨工况条件下弃土边坡的安全系数计算,得到的边坡安全系数相比采用渗流稳定计算的偏小,相对工程而言该方法偏于安全。     

降雨对山区高速公路弃土场边坡稳定性影响分析

弃土场是山区高速公路建设的附属工程,其稳定性是工程设计人员重点关注的技术难题。该文采用饱和-非饱和渗流分析方法对贵州省六盘水至威宁高速公路YK53+750右侧40 m弃土场边坡降雨条件下的渗流场进行数值模拟计算,在此基础上采用刚体极限平衡法对其安全系数进行计算,并探讨降雨对弃土边坡稳定性的影响。研究结果表明:在降雨条件下弃土边坡的基质吸力减小,并随着降雨的持续,在弃土边坡表面部分区域会形成暂态饱和区,但雨停之后边坡表面的暂态饱和区逐渐消散,基质吸力逐渐增大,坡体内的基质吸力先减小后缓慢增大;降雨对边坡稳定性的影响是显著的,降雨会导致弃土抗剪强度参数降低,引起弃土场边坡的安全系数减小,进而降低弃土场边坡的稳定性;采用假定岩土体全部饱和来进行暴雨工况条件下弃土边坡的安全系数计算,得到的边坡安全系数相比采用渗流稳定计算的偏小,相对工程而言该方法偏于安全。     

降雨入渗下非饱和土边坡稳定性影响研究

运用分形模型预测非饱和土的水理特性,主要研究了降雨条件下非饱和土边坡的稳定性变化及影响边坡稳定性的各个因素:土质特性参数(分维、进气值与饱和导水系数)、降雨强度、边坡几何特性参数及初始地下水位深度等.土体的饱和导水系数、降雨强度对降雨过程中的非饱和土边坡稳定性影响较大;非饱和土边坡在降雨过程中的最小安全系数与土体饱和导水系数之间的临界关系可用Sigmoid曲线模型拟合;降雨强度直接影响了非饱和土边坡的稳定性,降雨过程中边坡的最小安全系数与降雨强度的关系曲线可用MMF模型拟合;另一方面,非饱和土的分维、进气值、边坡几何特性参数及初始地下水位深度的影响相对较小.     

“暂态”饱和-非饱和边坡稳定性分析方法研究

针对"暂态"饱和-非饱和边坡的稳定性问题，推导考虑"暂态"水压力、孔隙水重力、软化与非饱和强度的边坡安全系数计算公式，开发可以自动搜索滑动面位置的"暂态"饱和-非饱和边坡稳定性分析程序，并采用该程序研究算例"暂态"饱和-非饱和边坡安全系数与失稳模式的演化规律，分析不同因素对边坡安全系数的影响程度。研究结果表明：提出的能同时考虑"暂态"水压力、孔隙水重力、软化与非饱和强度的改进瑞典圆弧法，可以有效解决"暂态"饱和-非饱和边坡稳定性分析的问题；边坡失稳模式由深层整体破坏转变为浅层局部破坏时，存在一个可以采用降雨入渗区深度定义的阈值；降雨入渗区深度小于该阈值时，边坡安全系数迅速降低，滑动面最大深度快速减小，边坡失稳模式表现为深层整体破坏；降雨入渗区深度大于该阈值时，边坡安全系数持续降低，滑动面最大深度缓慢增大，在边坡浅层形成一块滑动带，边坡失稳模式表现为浅层局部破坏；"暂态"水压力对边坡稳定性的影响有利有弊，孔隙水重力、软化对边坡稳定性不利，非饱和强度对边坡稳定性有利；不考虑"暂态"水压力的抗滑力矩与下滑力矩之比小于滑动面"暂态"水压力及滑体侧向"暂态"水压力引起的抗滑力矩与滑体侧向"暂态"水压力引起的下滑力矩之比时，"暂态"水压力对边坡稳定性有利，反之则不利。     

降雨入渗对裂隙性红粘土边坡的稳定性影响分析

红粘土具有干缩开裂性,裂隙性红粘土、尤其是高吸力红粘土边坡,其稳定性跟降雨入渗有很大关系.基于饱和-非饱和土渗流理论,建立了裂隙性高吸力红粘土边坡数值分析模型,模拟了降雨入渗条件下边坡暂态渗流场,分析了降雨强度、裂隙深度、裂隙渗透系数等对裂隙性红粘土边坡渗流场及稳定性的影响.结果表明,短期降雨对低渗透性红粘土边坡渗流影响较小,高渗透性裂隙加快了雨水入渗;土坡安全系数对雨强的敏感度与土体饱和渗透系数有关;裂隙深度影响边坡安全系数、滑裂面位置及形状;随着裂隙深度增加,边坡安全性系数对雨强敏感性显著增加,边坡滑动形式趋向于浅层滑动.