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。     

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。     

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。     

降雨入渗条件下非饱和土渗流特征试验

设计了一种可测量降雨入渗与底部排水条件下土体体积含水率与基质吸力变化规律的试验装置,开展不同降雨强度条件下砂土和粉质黏土的降雨入渗与排水过程室内模型试验,得到了不同土质在不同降雨强度下各高程处体积含水率与基质吸力的变化规律。结果表明：可将降雨入渗条件下不同土质的体积含水率变化划分为3个阶段,首先表面土体含水率上升,随着雨水的入渗,表面含水率保持不变,土体内部含水率由上至下依次上升,随后当浸润线达到装置底部后,土体的含水率开始逐渐增大,由非饱和状态过渡至饱和状态,最后当装置底部达到饱和后,土体中的水位开始逐渐上升,各个测点在降雨作用下由下至上依次达到饱和状态;不同土质土体的表面体积含水率均与降雨强度呈线性关系,在相同降雨强度下粉质黏土表面体积含水率大于砂土,不同土质浸润线的下降速度与降雨强度均呈对数函数关系,在相同降雨强度下砂土浸润线下降速度大于粉质黏土;土体基质吸力随着雨水的入渗由上至下逐渐减小,在水位上升过程中基质吸力变化幅度小于降雨入渗过程;在排水过程中,砂土与粉质黏土各高程处的含水率随排水时间的变化规律分别呈幂函数关系和指数函数关系,位置较高测点的含水率下降明显快于位置较低的测点。     

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。     

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。     

降雨条件下路基边坡渗流分析

该文依据岩土饱和-非饱和渗流理论,运用有限元分析软件,对降雨条件下路基边坡渗流场以及含水率分布、孔隙水压力变化情况进行了模拟分析。研究结果表明:在不同降雨强度下,当雨强大于土体饱和渗透系数时,入渗深度随时间逐步向下推移,并且推移深度较大;当雨强小于土体入渗能力时,入渗速度较慢,入渗深度小于饱和入渗。裂隙的存在对降雨入渗过程中孔隙水压力和体积含水率分布具有较大影响。     

干湿循环作用下预崩解炭质泥岩裂隙发育规律及强度特性

由于炭质泥岩遇水易风化、强度低、变形大，干湿循环作用下炭质泥岩路堤易形成纵横交错的裂隙网络，加速路堤边坡失稳。为分析干湿循环作用下预崩解炭质泥岩裂隙演化规律与强度特性，通过制备较大尺寸预崩解炭质泥岩试样，开展室外裂隙演化原位试验及裂隙试样直剪试验，实时拍摄不同干湿循环次数下试样裂隙扩展图像，并基于裂隙图像特征参数对各阶段裂隙特征进行定量化描述，进而构建预崩解炭质泥岩的抗剪强度与裂隙参数关系模型。研究结果表明：预崩解炭质泥岩裂隙数量、裂隙最大长度及裂隙率等裂隙参数均随干湿循环次数分为迅速增长、缓慢增长、趋于平缓3个阶段；各因素对裂隙发育影响程度由强至弱依次为初始含水率、干密度、干湿循环次数；含裂隙试样剪切时遇到裂隙剪切应力会发生暂时性衰退，不同裂隙参数试样的黏聚力变化显著，而内摩擦角变化甚微，内摩擦角变化主要取决于土体干密度的变化，而黏聚力变化取决于初始含水率，抗剪强度主要与黏聚力相关联。为研究土体抗剪强度与裂隙参数的关系，拟合得到了裂隙率与黏聚力的指数关系模型，发现其拟合变化曲线呈凹形的抛物线变化，其抛物线分急剧降低和趋于稳定2个阶段。研究成果可为预崩解炭质泥岩路堤工程施工及稳定性分析提供参考。     

不同降雨状态对坡积土边坡含水率分布及稳定性影响分析

以非饱和渗流理论为基础,建立有限元计算模型,对某公路路堑边坡在不同降雨强度分布状态下的边坡渗流特征进行了详细分析,得到边坡内部含水率变化规律以及边坡特征点处的孔隙水压力变化规律;以非饱和抗剪强度理论为基础,结合极限平衡法对边坡在不同渗流状态下的稳定性变化规律进行详细分析,具体研究结果表明:1边坡在前期强降雨条件下,内部含水率变化不大,地下水位上升较少,在中期强降雨条件下,内部含水率上升,地下水位线略有上升,在后期强降雨状态下,边坡内部含水率以及地下水位线明显上升;2边坡内部孔隙水压力会随着降雨强度的增加而显著增加,在后期强降雨工况下,边坡内部最终孔隙水压力大于前期强降雨以及中期强降雨工况;3前期强降雨使边坡安全系数下降较小,中期强降雨对边坡稳定性有一定影响,后期强降雨可导致边坡安全系数大幅下降。     

多层结构土质边坡降雨入渗过程及稳定性影响分析

为了分析多层结构土质边坡在不同降雨条件下的渗流过程以及稳定性变化规律,基于降雨入渗机理以及均质土体降雨入渗深度理论计算公式,提出了多层结构土质边坡降雨入渗深度及其稳定性计算方法,利用该计算方法分析不同降雨条件下雨水的入渗深度,同时应用数值分析方法计算多层结构土质边坡降雨入渗深度及其稳定性。研究结果表明:建立的降雨强度与降雨时间共同影响下的多层结构土质边坡雨水入渗深度理论计算公式的计算结果与数值分析得到的结果基本一致,表明该公式能较好地反应多层结构土层边坡降雨入渗过程;降雨入渗过程中靠近坡面的土层体积含水率、孔隙水压力增长速度较快,并且在土层交界面处,土层体积含水率、孔隙水压力变化幅度比较大,且靠近坡面的土层体积含水率首先达到饱和状态,随后第2层土体的含水率也逐渐达到饱和状态;降雨入渗过程中边坡安全系数随着降雨入渗深度的增加而不断降低,并且在湿润锋到达土层分界面时,安全系数有突变现象,由于不同土层之间渗透系数的差异性,使得雨水在土层分界面处易形成平行于坡面的渗流,进而导致边坡安全系数出现较大范围的波动,此时边坡最容易发生失稳破坏。     

海绵城市道路种植土-碎石绿化带的雨水入渗

种植土-碎石绿化带是海绵城市道路雨水入渗的重要组成部分。为分析种植土-碎石绿化带雨水入渗能力,将负孔隙水压力与相对渗透系数和体积含水率之间的关系简化为指数函数,利用试验数据对其进行了验证。基于非饱和渗流方程和拉普拉斯变换,给出了绿化带雨水入渗的数学模型。利用该模型分析了降雨条件下石家庄汇明路植被土-碎石绿化带雨水入渗特征,讨论了不同降雨条件下雨水入渗的特征和影响雨水入渗的因素。结果表明:(1)负孔隙水压力与有效饱和度和相对渗透系数之间都呈指数函数关系,可以利用负孔隙水压力与有效饱和度之间的关系推测非饱和土的渗透系数;(2)随着雨水入渗,地表处的负孔隙水压力迅速减小,植被土的体积含水率逐渐增加,植被土逐渐从非饱和状态向饱和状态过渡,雨水入渗也由非饱和入渗转变为饱和入渗;(3)随α增加,植被土上部的负孔隙水压力降低更快,表层土更快饱和,然而下部土体的负孔隙水压力降低反而趋缓;(4)降雨强度影响着植被土的设计入渗能力,降雨强度小时,雨水完全入渗,随着降雨强度增大,其设计入渗能力降低,雨量径流系数快速增加;(5)降雨强度和植被耐水湿时间是植被土设计入渗水量的重要参数,给出了植被土设计入渗水量计算方法。     

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。     

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。     

水位升降对沿湖路基边坡渗流特征及稳定性影响的数值模拟

为了研究水位升降对沿湖路基边坡渗流场及稳定性的影响,基于饱和-非饱和渗流与非饱和抗剪强度理论对算例路基边坡在设计水位升降方案条件下的孔隙水压力、体积含水率、浸润线变化规律进行了分析,并在此基础上研究水位升降对其稳定性的影响。研究表明:对水位升降条件下路基边坡渗流场进行正确分析是进行稳定性研究的先决条件;水位上升将引起路基坡面深度一定范围内的孔隙水压力增大,在入渗影响范围内,基质吸力逐渐降低甚至消失。水位下降后,由于水体的渗出,湖水位面以上的路基土体孔隙水压力降低,路基含水率与孔隙水压力具有相似的变化特征;路基浸润线在水位升降过程中变化明显;水位升降过程引起的路基边坡安全系数的变化表现为迅速增大、缓慢降低、加速减小、缓慢增大4个阶段。     

不同降雨强度对土质高路堑边坡稳定性影响分析

以兴赣(兴国—赣县)高速公路K33+400—740段土质高路堑边坡为工程背景,运用GeoStudio软件对不同降雨强度下土质高路堑边坡的渗流特性进行分析,研究路堑边坡安全系数及沉降变形变化规律。结果表明,边坡内部土体的基质吸力与体积含水率均随降雨时间的增加逐渐增大,降雨强度越大两者的上升速度越快;降雨停止后,路堑边坡内部土体的基质吸力先短暂保持不变,随后慢慢减小;降雨强度越大,雨水入渗深度越大,边坡产生的沉降变形也越大;降雨停止后,边坡内部的雨水一部分向外出渗,另一部分在自重应力场作用下继续向边坡内部渗流,致使边坡坡顶位移沉降继续增大,但增大速率缓慢,并最终趋于稳定;降雨入渗条件下,边坡安全系数随着降雨时间的增加逐渐减小,降雨停止后,边坡安全系数的回升速率较慢,具有一定的滞后性。     

考虑路堤渗流场变化的最佳包边土厚度数值研究

为确定考虑路堤渗流场变化的最佳包边土厚度,通过Geostudio-seep软件数值模拟,建立具有包边土和排水设施的路堤计算模型,分析了路堤渗流场中暂态饱和区及含水率的变化。结果表明,在设置排水系统的路堤软土层采用最佳包边土厚度,有利于迅速排出雨水,减小雨水入渗量,使土体体积含水率随降雨持续无明显变化,从而减小边坡受降雨入渗的影响,降低边坡土体水毁程度。     

降雨入渗下炭质页岩路堑边坡渗流特性研究

运用Geo-studio软件建立炭质页岩路堑边坡模型,对降雨历时内边坡中孔隙水压力和体积含水率的变化规律进行了研究。结果表明:降雨强度较大,雨水会快速入渗岩体,使孔隙水压力增加较快,但大部分雨水会沿边坡流走;降雨时间长,雨水会逐渐沿岩体裂隙向下入渗,对较深处岩体孔隙水压力产生较大影响。降雨在短时间内,边坡表面会形成暂态饱和区,随降雨时间的延长,大量雨水将入渗到坡体内,使地下水位不断上升,在坡脚处较大范围形成一个饱和区域,并向坡顶方向延伸。降雨结束后,暂态饱和区慢慢消失,岩体含水率也逐渐降低,但降雨持续时间长,岩体含水率消散的速度较慢。     

降雨条件下红粘土路基水分运移数值分析

依据非饱和土降雨渗流理论,结合实测红粘土土水特征参数,利用有限元分析软件,模拟红粘土路基饱和-非饱和降雨入渗下含水率和压力水头动态变化规律,分析降雨强度、土体渗透性系数变化对路基内部渗流场变化影响机理.分析结果表明:红粘土路基降雨人渗情况下路基土降雨影响饱和区深度一般为2～3 m,随着降雨历时增加,土坡饱和区扩大,对低...     

降雨入渗条件下含软弱夹层路堑高边坡渗流特性数值分析

为了研究含软弱夹层路堑高边坡在不同降雨条件下的渗流特性,以湖南龙(塘)琅(塘)高速公路(一标)里程桩号K17+020左侧含软弱夹层路堑高边坡为研究对象,基于岩土饱和-非饱和渗流理论,采用Geo-studio有限元软件建立含软弱夹层高边坡数值计算模型,开展了不同降雨因素条件下含软弱夹层路堑高边坡坡顶、坡中及坡底位置渗流特性研究。结果表明:当持续降雨时间一定时,不同强度降雨引起含软弱夹层路堑高边坡不同位置的孔隙水压力及体积含水率变化顺序都呈现为:暴雨大雨中雨;由于软弱夹层的存在,随着降雨时间的持续,降雨入渗引起该类高边坡滑坡的进程将会提前。     

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。