边坡降雨入渗的力学特性分析

以土体的三相介质理论为基础,采用流固耦合方程对非饱和边坡在雨水入渗工况下的力学响应作分析,探讨雨水入渗时土坡吸水软化特性及其相关强度因子变化规律,得出了降雨对边坡安全性的一些有益结论。     

降雨条件下非饱和土边坡稳定耦合数值模拟

降雨是影响边坡稳定的主要因素之一。降雨入渗,土体饱和度会发生变化,进而影响孔隙水压力与介质渗透系数。文章根据岩土饱和-非饱和渗流理论,考虑降雨入渗的影响,基于非饱和水土二相介质耦合,运用有限元强度折减法,对持续降雨条件下土质边坡进行了数值模拟。在不同时刻与不同降雨强度下,分析了降雨过程中边坡位移、孔隙压力和安全系数的变化规律。     

基于流-固耦合的膨胀土边坡渗流分析

基于流-固耦合理论、非饱和渗流计算模块,通过C++和FLAC^3D内置FISH语言构建考虑膨胀效应的非饱和流-固耦合模块,结合工程实例,分析膨胀土边坡在不同耦合方式和降雨工况下非饱和渗流规律及相关影响因素。结果表明,降雨入渗对边坡孔隙水压力的影响集中在边坡浅层范围内,采用流-固耦合模块计算所得土体饱和度的增速、增幅及降雨入渗深度都比非耦合情况时小,且随着降雨的持续,两者之间的差距越来越大;在总雨量相同的条件下,强度小而历时长的降雨会造成边坡土体内雨水滞留量增多,滞留时间变长。     

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.     

膨胀土堑坡变形的湿热耦合效应及其与降雨历时的关系

在广西南宁地区建立了不同开挖坡度的膨胀土边坡,通过现场试验论证出堑坡变形与降雨历时的关系,并分析其湿热耦合效应.历时两个雨季和一个旱季的试验结果表明,坡面水平变形与降雨持续时间具有较好的相关性,只有在一定雨强下持续的降雨过程才能使边坡产生较大的变形;土体含水量变化是影响边坡变形的主要因素,而温度变化是促进因素,二者的耦合作用使得膨胀土边坡趋向不稳定;在考虑膨胀土边坡的渗透特性后,建立了堑坡变形与降雨历时的关系,表达式可用于预测边坡总变形量.也可换算成变形速率对陡坡的变形突变进行预警,具有较强的工程适用性.同时,监测结果也表明,在采用植被防护后膨胀土边坡的变形迅速减小,说明植被护坡是一种有效的堑坡防护方式.     

基于密度分区的填方路堤边坡渗流与稳定性研究

针对以往路堤渗流与稳定数值分析在同一模型中使用单一密度所存在的不足,提出了一种考虑密度分区的分析方法,基于现场试验测得的不同密度区域渗透系数、抗剪强度及土水特性参数,分析了在降雨条件下密度差异对路堤边坡渗流场与稳定性演化规律的影响。结果表明密度分区模型对路堤边坡渗流场与稳定性数值计算结果的影响较显著,采用分区模型进行仿真分析时,边坡临空面两侧土体密度越低,其孔隙水压力变化越快,土体越容易达到饱和;密度较低的浅层土体容易形成水流通道,使入渗雨水在坡脚处汇集,造成水毁破坏;内部区域密度相同时,分区密度差别越大,边坡安全系数越低。     

基于强降雨的膨胀土边坡稳定性分析

采用Midas-GTS软件,基于非饱和土强度理论Fredlund强度公式和饱和土有效应力原理,分析安康地区某膨胀土边坡在强降雨工况下坡体内各土层的孔隙水压力变化,并利用渗流-应力耦合研究边坡的稳定性。研究结果表明：随着降雨持时增加,膨胀土边坡体内孔隙水压力逐渐增大,表层膨胀土逐渐饱和,膨胀土的抗剪强度逐渐降低;同时降雨引起边坡体内地下水水位变化产生变化的空隙水压力。通过渗流-应力耦合分析,得出暴雨工况下不同降雨持时的边坡安全系数,其随降雨持时增加而逐渐减小,在降雨持时24h时安全系数降至0．89。     

考虑基质吸力的降雨型滑坡物理力学机制分析

我国是地质灾害多发国家,据统计90%以上为滑坡灾害。降雨是诱发滑坡的重要因素,但以往研究降雨型滑坡是基于饱和土的物理力学性质,未考虑过非饱和土体中的基质吸力,但自然界中边坡多为非饱和土边坡,因此研究考虑基质吸力的降雨型滑坡的作用机理具有重要的现实意义。现通过非饱和土抗剪强度理论,分析总结得到以下结论:(1)宏观分析考虑基质吸力的降雨滑坡力学作用机制;(2)微观分析单位体积含水率对岩土体基质吸力的影响;(3)降雨对滑坡的物理作用机制。其内容可供同行参考。     

考虑风化与非饱和效应的残积土边坡稳定性分析

为了研究风化程度与非饱和效应对残积土边坡渗流特征及稳定性的影响,该文基于非饱和土抗剪强度数学表达式及考虑时间与深度效应的土体渗流和强度指标数学模型,提出了一种能同时考虑风化与非饱和效应的边坡稳定性极限平衡分析方法,并结合饱和-非饱和渗流计算理论对残积土边坡渗流特征及稳定性进行了分析。得出如下结论:(1)降雨过程中,坡面附近土体体积含水率逐渐升高,其升高幅度、升高速率与降雨强度成正比,进入暂态饱和区的时间与降雨强度成反比;(2)降雨期间,坡面附近土体体积含水率升高幅度、升高速率及进入暂态饱和区的时间受风化程度的影响较小;(3)降雨条件下,边坡暂态饱和区空间分布面积及深度与降雨强度、风化程度及降雨时间成正比,出现暂态饱和区的时间与降雨强度成反比;(4)降雨期间,边坡安全系数下降幅度与降雨强度、风化程度及降雨时间成正比。     

持续降雨条件下土质边坡渗流特征分析

选取斜坡体的简化剖面,考虑降雨入渗因素,基于多孔介质饱和一非饱和渗流理论,模拟不同时间段边坡不同土层的渗流变化,并探讨各土层孔隙水压力随时间和空间的变化规律。数值模拟表明,随着降雨时间增加,边坡各土层孔隙水压力均呈上升趋势,随着水平距离和垂直距离增加,孔隙水压力曲线呈下降趋势;降雨入渗使土体渗流条件发生改变,水分向坡角范围渗透并积聚,导致坡脚处孔隙水压力骤增;降雨条件下含水量较之无降雨条件时有较大上升,随着时间增加各土层逐渐达到其储水能力而使含水量不再变化。因此,对于降雨条件下的土质边坡,坡脚尤其需要加强排水和防护。     

考虑降雨入渗影响的边坡稳定性数值分析

根据云南祥临公路地质特点、气象条件与工程设计,用有限差分法软件建立了二维边坡非饱和渗流稳定性分析模型,运用水气两相流-应力耦合计算方法进行了考虑降雨入渗影响的边坡稳定性计算.并用强度折减法确定了边坡滑移面以及安全系数.结果表明:边坡土体内孔隙水影响区域随着降雨强度和持时的增加而逐渐增大;降雨入渗浸润过程中气相向边坡内非饱和区域流动;随着降雨入渗持时和强度的增加,边坡滑动破坏面有向浅层移动的趋势,且安全系数逐渐减小.     

考虑剪胀系数影响的土质边坡强度反分析

普通边坡土体强度参数的反演一般只需考虑粘聚力c与内摩擦角φ的影响,但当边坡土体不满足相关联流动法则时,则需考虑剪胀系数η的影响。文中在明确滑动面方程与边坡强度参数之间关系的基础上,基于塑性力学的机动方法,在对数螺旋线的破坏机构下,建立了安全系数Fs的隐函数表达式,并由此建立了η与边坡滑动面深度D的关系;通过选取滑坡体的不同断面进行分析,建立了关于c、φ及η的三组方程表达式,采用序列二次规划方法进行优化后,对边坡的粘聚力、内摩擦角及剪胀系数进行求解。     

半填半挖红粘土路基非饱和渗流与变形数值模拟

针对半填半挖路基,建立非饱和土流固耦合有限元模型,进行雨水入渗条件下红粘土路基边坡渗流与沉降变形耦合的数值模拟,计算出降雨条件下路基含水率及孔隙水压力发展变化情况,并分析填挖方不同渗透性对路基差异沉降的影响,对比边坡防护前后降雨入渗对差异沉降变形的影响。分析得出:半填半挖路基降雨入渗时,填方土体入渗快于挖方土体,随着时间的增加,饱和区逐步扩大,红粘土路基发生湿软变形,填挖交界处产生差异沉降,通过采取路基顶面及坡面的防水处理,能显著降低雨水入渗对路基内部渗流场和应变场的影响及由此造成的湿化差异沉降变形,路基边坡竖向以及侧向变形均有大幅度减小。     

降雨作用下高填土质路堤边坡的渗流稳定分析

针对现行的高填土质路堤边坡,基于饱和—非饱和渗流数学模型,设计了二维非稳定渗流程序,通过模拟因雨水入渗引起的暂态渗流场,分析土体中含水量、基质吸力的变化规律;采用等效粘聚力的概念,利用延伸的MOHR COULOMB破坏准则对路堤边坡进行了弹塑性有限元分析,进而得出路堤边坡在不同降雨时刻的安全系数;最后分析了降雨重现期、土参数φb和由路堤施工所引起的土体渗水性系数的各向异性对边坡渗流稳定的影响。     

降雨条件下黄土路堑高边坡稳定性分析

分析了降雨对黄土边坡稳定性的不利影响,提出了考虑降雨作用的黄土边坡稳定分析方法,并以山西省临离高速公路第三合同段K70+465处为工程背景,运用非饱和土强度理论和有限元强度折减法进行数值模拟分析,研究了降雨强度、降雨时长、雨型和土体渗透系数对边坡稳定性的影响,从而揭示边坡受降雨作用下的瞬态变化过程。研究成果对黄土地区路堑高边坡稳定性评价具有一定的借鉴意义。     

黄土地区路堑边坡土体湿度变化及强度特性研究

降雨是黄土路堑边坡发生冲沟、剥蚀、滑塌等侵蚀破坏的主要影响因素,本文通过在定西和平凉两站架设自动气象站,对近地面常规气象变量和土壤含水量进行观察,分析不同降雨过程下黄土边坡土体内部湿度变化规律及强度变化特性,揭示黄土边坡病害特征。     

土水特征曲线对水位下降库岸稳定的影响分析

库岸高填方路堤的稳定性受库水位涨落影响较大,同时,采用不同的土水特征曲线,边坡的稳定性计算结果也不相同.计算了当边坡土体的饱和含水量、饱和渗透系数相同时,3种不同的土水特征曲线对应的边坡安全系数,并得到了以下结论:土水特征曲线对考虑非饱和特性的土质边坡安全系数影响较大;采用黏土土水特征曲线计算出的边坡安全系数较粉土和砂...     

大关县某降雨复活型滑坡变形破坏特征及对山区公路的影响研究

山区公路的建设往往需要对项目区地质环境进行较大的改造,改变地下水的补排路径、坡体荷载平衡等,进而影响斜坡稳定性。在施工削坡加荷的影响下,部分公路边坡虽然在自然状态下并无滑动迹象,一旦遭遇极端降雨天气将会出现裂缝的加剧扩展,滑带土的强度劣化等,进而引起潜在滑坡体的复活变形。本文基于大关县某公路边坡工程,通过现场调查以及室内土工试验获取了坡体的物理力学参数指标,采用geo-studio降雨渗流耦合数值计算分析不同降雨条件下公路边坡的稳定性变化及对公路的影响。结果表明:降雨诱发的滑坡复活变形具有一定的时间滞后性;稳定性系数随降雨时间增长而降低,且变化曲线在降雨4h处具有明显的拐点;随着渗流过程的不断进行,坡体潜在滑动面受孔隙水压力变化影响较为明显。     

考虑固液二相互态特性的流固耦合模型

为研究岩土体内的流固耦合作用对道路工程中道路建筑物/构筑物的变形和沉降，聚焦于构建考虑固液二相互态特性的流固耦合模型，首先构建以含水率为参数的固相物性参数方程（弹性模量、体积模量、极限偏应力）和以孔隙比为参数的液相物性参数方程（饱和含水率、残余含水率、Gardner模型参数），其次建立考虑固液二相互态影响的固相本构方程（邓肯-张模型）和液相本构方程（Gardner模型），之后将新构建的本构方程与固液二相控制方程联合使用构建出考虑固液二相互态特性影响的流固耦合模型。以非饱和黄土为研究对象，利用数值模拟软件构建考虑固液二相互态影响的非饱和土流固耦合数值模型，探索固液二相互态特性对非饱和土流固耦合影响机制。研究结果表明：随着含水率的增大，固相物性参数（弹性模量、体积模量、极限偏应力）均呈减小的趋势；含水率增大使得土体强度减小，表现为达到相同的应变，土体的应力减小；含水率增大，相同的变形情况下，土体所承受的荷载变小。随着孔隙比的增加，饱和含水率线性增加，残余含水率线性减小，Gardner模型参数β呈指数减小，土体内有效饱和度也随之增加；孔隙比增大还会导致土体饱和渗透能力的减小，非饱和相对渗透系数增加。在相同的载荷条件下，相较于未考虑互态影响的流固耦合模型，考虑互态影响的模型模拟的土体变形量较大，含水率、压力水头较小。     

降雨诱发残积土坡失稳的模型试验

为了研究降雨条件对残积土坡坡体内部变形特征及边坡失稳机理的影响,结合自制监测系统、人工降雨试验及数字照相量测技术,开展不同位置、不同坡度、不同密实度边坡的地质力学模型试验,分析雨水入渗对坡体变形、吸力的影响。指出失稳预警因子应从降雨诱发滑坡失稳机理出发,着重考虑边坡关键位置的力学物理量变化。基于坡体变形和吸力时变规律,提出边坡变形发展的3个阶段;基于不同条件下边坡的失稳破坏过程,揭示降雨诱发残积土坡的失稳模式。试验结果表明：边坡上部土体吸力和变形变化幅度较大,速度较快,而下部土体变化幅度较小,速度较慢;陡坡和高密实度边坡抵抗降雨入渗引起的变形能力强于缓坡和低密实度边坡,由于小孔隙结构发生破坏所需的能量远大于大孔隙结构,导致低密实度、缓坡坡体中部产生的变形大于坡体上部;边坡变形发展阶段为初始蠕变阶段、加速发展阶段、滑动破坏阶段;无支护的边坡,失稳预警因子可选择边坡关键位置处的基质吸力;有支护的边坡,应根据支护结构受力（变形）和边坡关键位置处吸力变化特征来选择预警因子;土坡的失稳模式为坡表冲刷→冲沟、切沟侵蚀→坡脚局部坍塌→破坏范围纵横发展→整体失稳,滑动面深度为1～3 m,该类滑坡应注重坡脚防护,尽可能降低边坡渐进累积破坏的可能性。研究结果可为构建东南沿海地区降雨诱发滑坡预测模型提供重要依据。