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。     

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。     

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。     

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     

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。     

山区滑坡体降雨入渗及稳定性分析

结合山区滑坡体工程实例,采用有限元法建立模型,研究降雨条件下滑坡体内雨水运移特征和雨水入渗对滑坡体稳定性的影响。研究结果表明:降雨强度与表层土体入渗能力的相互关系影响土体中饱和区运移、含水量以及孔隙水压力分布;滑坡体入渗分析中饱和区主要沿滑带由下而上、由内向表逐步发展,在雨后一段时间内达到最大,随后逐渐缩小;滑坡体的稳定性主要与滑带土中的孔隙水压力分布有关,孔隙水压力值越大,有效应力降低导致滑坡体的稳定性越差。该滑坡在降雨时处于不稳定状态,应采取相应的加固措施确保安全。     

悬挂型暂态饱和边坡稳定性分析方法研究（双语出版）

针对降雨入渗引起的暂态饱和边坡稳定性问题,考虑暂态饱和边坡重度变化、基质吸力以及暂态水压力的影响,分析了降雨入渗条件下暂态饱和边坡失稳机制,揭示了暂态水压力分布规律,并阐述了相应的暂态水压力数学计算方法。依据边坡滑动面是、否位于悬挂暂态饱和区内2种分布条件,提出了考虑暂态水压力、基质吸力及重度变化的Janbu极限平衡分析方法,并编写了可自动搜索圆弧形和折线形滑面的暂态饱和边坡稳定性计算程序。通过算例深入研究了悬挂型暂态饱和边坡安全稳定性的变化规律以及滑移机制。研究结果表明：降雨前期,由于暂态饱和区厚度较小,边坡基质吸力作用对边坡稳定性影响占主导作用;持续降雨引起暂态饱和区厚度增加条件下,边坡内暂态水压力逐渐转化为边坡失稳的主控因素,边坡安全系数持续下降;相同计算条件下,随着暂态饱和区厚度的增加,折线形滑动面的安全系数始终小于圆弧形滑动面的安全系数;折线形最危险滑动面的深度随暂态饱和区厚度的增加呈减小趋势,但普遍浅于圆弧形滑动面。圆弧形滑动面的深度呈现先减少后增加的趋势,深入研究发现此现象与边坡底部暂态水压力及边坡的抗剪强度参数密切相关。悬挂型暂态饱和边坡更容易产生浅层折线形滑动破坏。     

公路边坡降雨入渗对孔隙水压力影响的有限元分析

基于当地实际降雨资料及饱和-非饱和渗流理论,设计3种不同的降雨方案,采用有限元软件对算例边坡降雨入渗对孔隙水压力的影响进行了分析。研究表明:降雨影响区域内的孔隙水压力由降雨前的负孔隙水压力逐渐向正孔隙水压力变化,变化速率受降雨强度控制,边坡表层入渗速率在边坡台阶处有突变;不同降雨强度对边坡在同一竖向截面孔隙水压力的影响规律是一致的,受降雨入渗影响后孔隙水呈现出随着高程的降低,孔隙水压力先降低后增大的趋势。     

悬挂型暂态饱和边坡稳定性分析方法研究

针对降雨入渗引起的暂态饱和边坡稳定性问题,考虑暂态饱和边坡重度变化、基质吸力以及暂态水压力的影响,分析了降雨入渗条件下暂态饱和边坡失稳机制,揭示了暂态水压力分布规律,并阐述了相应的暂态水压力数学计算方法。依据边坡滑动面是、否位于悬挂暂态饱和区内2种分布条件,提出了考虑暂态水压力、基质吸力及重度变化的Janbu极限平衡分析方法,并编写了可自动搜索圆弧形和折线形滑面的暂态饱和边坡稳定性计算程序。通过算例深入研究了悬挂型暂态饱和边坡安全稳定性的变化规律以及滑移机制。研究结果表明:降雨前期,由于暂态饱和区厚度较小,边坡基质吸力作用对边坡稳定性影响占主导作用;持续降雨引起暂态饱和区厚度增加条件下,边坡内暂态水压力逐渐转化为边坡失稳的主控因素,边坡安全系数持续下降;相同计算条件下,随着暂态饱和区厚度的增加,折线形滑动面的安全系数始终小于圆弧形滑动面的安全系数;折线形最危险滑动面的深度随暂态饱和区厚度的增加呈减小趋势,但普遍浅于圆弧形滑动面。圆弧形滑动面的深度呈现先减少后增加的趋势,深入研究发现此现象与边坡底部暂态水压力及边坡的抗剪强度参数密切相关。悬挂型暂态饱和边坡更容易产生浅层折线形滑动破坏。     

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。     

动力湿化作用下粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验

为了研究动力湿化作用下渗流水在粗粒土高路堤内的迁移特性，自主研发设计制作一种室内喷洒降雨装置及车辆动力荷载模拟装置，开展动力湿化作用下粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验，从时间和空间2个角度描述渗流水在路堤内的迁移特性，然后根据模型试验结果，建立粗粒土渗流场时空演化机制，揭示动力湿化作用下的粗粒土高路堤边坡渐变失稳发育机理。研究结果表明：基于相似理论，开展粗粒土高路堤渗流场时空演化模型试验可以较为真实地反映粗粒土高路堤在动力湿化作用下渗流水的迁移特性；动力湿化作用下，湿润锋首先在路堤边坡表面形成，并逐渐从边坡表面向内部拓展，在坡顶处的拓展速率较小，坡脚处的拓展速率较大；受湿润锋演变规律的影响，路堤边坡监测点负孔隙水压力逐渐减小，体积含水率逐渐增大，坡前应力逐渐增加，位于坡脚浅层区域的应力增加速度较快；依据渗流水的迁移规律，将渗流影响范围内的土体自上而下分为浅层暂态饱和区、渗流水填充区及渗流水湿润区；在动力湿化作用下，粗粒土高路堤边坡将逐渐产生沿坡脚深层滑移的渐变趋势。     

植被蒸腾作用下非饱和土路堤稳定性分析

以内马铁路某段路堤工程为依托,构建非饱和土路堤降雨-渗流-应力耦合模型,反演降雨环境下路堤边坡的饱和度、孔隙水压力和变形过程,探讨其稳定性.结果表明:随着降雨时间的增加,路堤表层土体的饱和度、孔隙水压力以及变形范围呈递增趋势,但考虑植被的蒸腾作用时可以减缓上述趋势;降雨入渗主要通过改变表层土体的饱和度、孔隙水压力以及渗...     

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。     

“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。     

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。     

降雨对公路边坡渗流场与稳定性影响研究

降雨是诱发土质公路边坡产生滑坡的主要原因之一。以某公路边坡为研究对象，采用有限元流固耦合方法，定量分析不同降雨强度、降雨历时对公路边坡渗流场与稳定性的影响。结果表明:降雨强度越大，降雨持续时间越长，边坡体积含水量越早达到饱和且达到饱和的范围越大，边坡的基质吸力下降速率越快且消散范围越大，边坡抗剪强度降低越多，稳定性持续下降；当降雨强度达到大暴雨或降雨持续时间达到6天时，该边坡的稳定性系数小于1，有可能失稳，应及时采取防治措施。     

黄土填方边坡降雨入渗特征及变形破坏模式的模型试验

平山造城、填沟造地等形成大范围近直立的高填方体，这些新型工程为黄土高原带来重要发展机遇的同时，在降雨条件下也将带来前所未有的重大灾变隐患，针对这一状况，开展黄土填方边坡降雨过程中坡体基质吸力、体积含水率、孔隙水压力、湿润锋以及变形等动态响应规律的分析，并对坡体裂缝发育与演化及变形破坏模式进行模型试验研究。结果表明：湿润锋下移致使坡体内部的基质吸力减小而体积含水率和孔隙水压力增加，并且其达到峰值以后稳定，虽然基质吸力降低到最低时，坡体未发生滑塌，但随着雨水的继续入渗，坡体会发生局部和大规模的破坏，表明降雨诱发的黄土滑坡具有一定的滞后性；坡体裂缝体系演化机制为临空面附近产生张拉裂缝且向后扩展-坡体侧翼产生剪张裂缝-后缘产生贯通性的张拉裂缝，形成的拉裂缝不仅提供了优势入渗通道，而且也是每次滑塌的后缘边界；短时连续降雨诱发的填方边坡变形具有浅部间歇性和突发性破坏的特点，导致填方坡体产生多级块体滑动破坏；长时连续降雨诱发的填方边坡变形则具有深部渐变连续性破坏的特点，导致填方坡体产生冲蚀及流滑破坏。     

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。