降雨条件下黄土路基湿度场变化规律研究

以某黄土路基工程为依托,采用有限元软件对降雨入渗条件下非饱和黄土路基湿度场变化规律进行研究。计算结果表明:随降雨历时增加,湿润锋线向土体内部推进,降雨影响范围内土体含水率增大,孔隙水压力升高。近地表土体率先达到饱和,形成暂态饱和区,基质吸力消失。降雨影响深度与降雨历时基本呈线性关系,持续5 d后雨水浸入深度为4.44 m。受降雨入渗影响,路基边坡失稳破坏模式由潜在的深层滑移转变为浅层滑移。     

考虑渗流-应力耦合的不同降雨条件下非饱和土边坡稳定性分析

降雨是诱发边坡失稳破坏的主要因素之一,由此造成的经济损失极其巨大。通过Geo-studio有限元数值分析软件,在考虑/不考虑渗流-应力耦合作用情况下,对非饱和土边坡有效应力和孔隙水压力进行对比分析,研究了不同降雨强度、持时和类型对边坡稳定性的影响。结果表明：渗流-应力耦合作用使得表层孔隙水压力上升速度及土体基质吸力消散速度加快,土体强度降低,耦合分析得到的安全系数比非耦合分析小;降雨强度越大,雨水下渗速度越快,边坡稳定性安全系数下降速度越快;降雨持时越长,降雨入渗影响深度增加,边坡稳定性安全系数越低;前锋型降雨作用下边坡稳定性安全系数下降最快,其次是均匀型降雨,最后是后锋型降雨。     

降雨作用下土质边坡水分迁移特征研究

针对降雨诱发边坡失稳的特点,从水分迁移的角度出发,结合非饱和土力学,采用有限元法分析了不同降雨强度作用下边坡内部水分迁移的特征;通过数值模拟得到:降雨作用下,边坡内部孔隙水压力呈层状分布,坡脚处孔隙水压力最大,坡顶次之,坡中最小;边坡中的水分主要沿垂直和倾斜方向迁移,迁移速度由表层向深部逐渐减小,迁移方向也随深度和时间而改变;体积含水率呈非线性分布,且非饱和区非线性化程度较饱和区的高;土体渗透系数随降雨强度的增大而增大,当土体饱和时其渗透系数为饱和渗透系数。     

降雨入渗过程中公路边坡含水状态变化研究

为探究降雨条件下，边坡流固耦合作用对边坡的影响，特以重庆市璧山区S208黛山大道入口段公路边坡为研究对象，结合迈达斯GTX数值模拟分析软件，模拟不同降雨历时条件下，边坡孔隙水压、饱水区域及特征点沉降的变化规律，并提出工程建议，数值模拟结果表明：随着降雨入渗的不断进行，当降雨进行至第8 d时，土层含水率表层不断趋于饱和，地下水位上升，孔隙负压不断减小，饱和区域占比从10.5%上升至28.3%,特征点沉降呈现出不断增大的趋势，工程中可采取生态护坡措施和设置截排水沟的方式，减少雨水入渗，保证边坡排水通畅，降低边坡失稳风险。     

坡积土边坡裂隙各向异性特征对雨水入渗过程的影响

采用有限元软件Geo-Slope中的SEEP/W模块分析了裂隙深度、渗透系数比、裂隙角度与裂隙数对雨水入渗过程的影响,结合非饱和渗流理论研究了裂隙渗流各向异性对边坡稳定性的影响。分析结果表明:降雨1、7 d时,1 m裂隙深度内最大孔隙水压力分别为9.69、9.70 kPa,雨水沿裂隙底部向下的入渗深度分别为0.5、1.5 m,裂隙内孔隙水压力随降雨的持续迅速增大,直至由负压力转变为正压力; 裂隙深度越大,裂隙内孔隙水压力越大,降雨停止时刻相应的入渗深度也越大,饱和区域的大小与裂隙深度正相关; 当渗透系数比为1时,裂隙范围内最大渗透系数为1.51×10-7 m?s-1,此时沿裂隙方向渗透系数小于降雨强度,降雨入渗过程受土体渗透系数控制,而当沿裂隙方向渗透系数大于降雨强度时,雨水入渗过程受降雨强度控制; 裂隙角度越小,在裂隙深度范围内的最大孔隙水压力越大,且出现正孔隙水压力的深度也越大,而边坡表层饱和区范围越小; 无裂隙存在时,降雨后边坡内部仍保持负压力状态,无饱和区存在,有裂隙存在时,雨水沿裂隙下渗并在边坡内部形成饱和正压力区,1～5条裂隙形成的饱和区面积分别为16.4、34.7、60.9、75.6、110.7 m2,饱和区面积与裂隙数呈乘幂关系,且随着裂隙数的增加,雨水对渗流场的影响范围与程度增大,长裂隙的集中分布是引起边坡内部大面积连通型饱和区出现与地下水位升高的直接原因。      

降雨入渗下裂土边坡水分运移时空特征与失稳机理

为探究降雨入渗下裂土边坡水分运移时空特征与失稳机理, 自主研制了足尺模型试验系统和光纤布拉格光栅(FBG)深部柔性位移系统, 对边坡渐进破坏进行了全过程、多物理量联合监测, 揭示了降雨入渗作用下裂土边坡的渐进变形和破坏演化模式; 基于裂土边坡的渐进破坏模式, 提出了土体饱和比概念, 将裂隙深度范围滑体分为饱和层和非饱和层; 以土体饱和度变化描述了含随机分布裂隙的边坡水分运移规律, 并结合刚体极限平衡法探讨了由裂隙控制的边坡失稳机制。研究结果表明: 对于未形成裂隙的边坡, 连续降小雨时浅层变形受表层基质吸力控制; 裂隙形成后, 雨水沿裂隙快速入渗形成暂态饱和区, 导致基质吸力降幅达82.50%~87.14%, 而由其贡献的抗剪强度迅速损失, 从而形成初期溜滑、片蚀等浅层变形, 降雨停止后坡体仍处于蠕变过程, 坡脚与坡顶位移增幅分别为23.40%和19.39%;蒸发后裂隙规模发展增大了雨水对渗流场的影响范围和边坡破坏规模; 土体经历胀缩、蠕变而变得松散, 裂缝区深部土体体积含水率较初始状态的增幅为205.7%;同一降雨条件下, 初始裂隙深度愈深, 稳定系数愈低, 破坏愈快; 对具有同一裂隙深度的边坡, 其稳定系数随土体饱和比的增加逐渐降低, 土体饱和比增长愈快, 表征边坡内部出现大面积连通型饱和区, 这是裂土边坡出现整体失稳的主要原因。      

降雨入渗时沥青路面流固耦合作用的力学响应

应用ABAQUS软件建立降雨入渗条件下的沥青路面渗流有限元模型,得到相应的渗流规律和渗流场的分布状态;在建立合理的降雨渗流场边界的基础上,运用多孔介质流固耦合理论分析了沥青路面在渗水和行车荷载作用下的力学响应。研究表明:降雨入渗过程将会导致沥青路面内部饱和度和孔隙水压力出现显著的变化;在动态荷载的作用下,降雨入渗后的沥青路面内部各项应力指标呈现波动特性,孔隙水压力与流速出现了较大的正、负逆转。     

降雨条件下非饱和土质公路边坡稳定性分析

基于降雨入渗对边坡稳定性影响机理的分析,采用SLOPE/W软件和SEEP/W软件,模拟了降雨强度为50mm/h和80 mm/h条件下边坡土体渗流场的变化。算例分析表明:相同降雨强度条件下,边坡土体孔隙水压力随着降雨时间的推移而逐渐增大。相同降雨历时条件下,降雨强度越大边坡内的饱和区域越大,孔隙水压力也越大;降雨持续时间对边坡稳定的影响程度与降雨强度大小有关。     

降雨入渗下软岩边坡可靠度分析及其加固措施

针对边坡稳定性分析,考虑了边坡开挖、加固措施影响、地下水作用及降雨渗流的影响,以此作为评价边坡在各种可能情况下安全稳定性的基础.结合边坡可靠度遗传算法,对依托工程路堑边坡稳定性进行了分析.计算结果表明：原设计方案中锚杆格梁将对边坡稳定性有所提高,但锚杆格梁位置不合理,其考虑降雨入渗后的边坡安全系数仅为1.176,可靠度指标Pf为9.81%;优化加固方案后,边坡在降雨入渗条件下的安全系数提高到1.320,可靠度指标Pf为1.23%,加固后的边坡稳定性较好,其计算思路将对类似的降雨条件下强风化岩质边坡的稳定性分析及加固措施的优化有一定指导作用.     

基于非饱和非稳定渗流场的滑坡稳定性分析

以鹰厦铁路K290滑坡为原型,基于降雨入渗情况下滑坡体呈饱和-非饱和渗流状态下,通过计算得到坡体孔隙水压力和体积含水量随降雨及地下水位变化的基本规律,进一步导入SIGMA/W程序并依据坡体孔隙水压力和体积含水量及地下水位变化特征分析了滑坡应力场,探讨了降雨强度、降雨持时和水位变化对滑坡体稳定性的影响.