考虑地面径流动水作用的浅层斜坡稳定性分析

在研究降雨与浅层边坡稳定性时,多考虑降雨入渗造成岩土体基质吸力的减小、孔隙水压力的变化、地下水位的上升以及水对岩土体的软化、劣化效应,却忽略了地面径流动水作用。基于此,引入Navier-Stokes方程描述坡面径流,引入Brinkman-extended Darcy方程描述土体渗流,建立非线性数学模型,推导出坡面径流及土体渗流流速分布,求解出流固界面拖曳力。然后利用刚体极限平衡理论对径流状态下浅层边坡的稳定性进行分析,最后通过实例讨论坡面径流高度、土层厚度、土体强度及边坡倾角对稳定系数的影响,量化地表径流拖曳力效应对浅层边坡稳定性的贡献。结果表明:拖曳力作为一种不利因素,将随着径流高度的增加而增大,当边坡处于临界稳定状态时,较小拖曳力将对边坡稳定产生决定性的影响;斜坡稳定系数对斜坡土层厚度较为敏感,当土层厚度较薄(h=1m)时,坡面径流对斜坡稳定性具有较强的控制作用,坡面径流对斜坡稳定系数的影响达到11.3%;当土层厚度增加到5m时,坡面径流对斜坡稳定系数的影响降到3.3%。     

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。     

降雨对黄土路堑边坡稳定性的影响分析

我国的西部高速公路建设中存在广泛的黄土区,黄土边坡一旦发生失稳破坏,就会对生活和生产会产生严重的后果,而降雨是引发边坡失稳的重要因素。由于黄土属于非饱和土,本文在剖析非饱和土力学理论的基础上,利用非饱和土边坡的降雨入渗,水分运移理论,得出了渗流方向与坡面斜交时安全系数的计算公式,并且分析了降雨强度、降雨量对边坡稳定性的影响。研究表明:土中入渗过程或含水量的改变造成土的强度或有效应力发生改变。当斜坡的应力状态达到了其极限强度时,斜坡土体发生破坏,就可能导致滑坡。     

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。     

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。     

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。     

降雨作用下裂隙红黏土边坡渗流特征与冲刷模式

针对降雨作用下裂隙红黏土边坡失稳破坏问题，开展红黏土边坡裂隙演化、降雨入渗及冲刷模型试验，提出基于图像摄影识别技术的边坡裂隙特征及含水率分布定量表征方法，揭示红黏土边坡裂隙演化规律，分析裂隙发育程度与降雨强度对红黏土边坡渗流特征与冲刷模式的影响。结果表明：干燥作用下红黏土边坡表面裂隙发育，其中坡面裂隙发育最强烈，其最大裂隙平均宽度为4.1 mm，最大裂隙深度为7.7 cm，最大裂隙率为10.4%，但坡底子裂隙和分支裂隙发育最充分，且主裂隙最先出现于远离坡面处；降雨作用下，雨水极易沿坡表裂隙形成优势流迅速渗入边坡内部，使边坡含水率增加且呈不均匀分布，出现局部暂态饱和区；裂隙发育程度和降雨强度的增强均会提高前期降雨入渗速率，并增加最终降雨入渗深度，其中坡底处入渗深度最大；极端降雨对裂隙红黏土边坡冲刷作用明显，造成坡面松散层流失，坡底显现冲刷痕迹，坡脚局部发生滑动。基于图像摄影识别技术定量分析边坡含水率分布的方法简单有效，研究成果可为裂隙性红黏土边坡灾害防治提供参考。     

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     

雨水渗入对土石坝边坡稳定性影响分析

针对土石坝边坡在雨水渗入作用下易引起边坡孔隙水压变化,导致结构失稳的问题,采用SLOP/W有限元软件构建土石坝边坡模型,重点分析了降雨强度、降雨持续时间、降雨雨型和前期降雨条件下土坝坡内暂态孔隙水压力分布,得到坝体在不同工况下的稳定安全系数,研究结果表明:降雨量相同时,降雨强度小,持续时间长,坝坡基质吸力下降,坝坡的安全稳定性降低,降雨强度大,持续时间短时,雨水以径流方式流失,土坝坡体内部基质的吸力变化较小;降雨总量一定时,降雨峰值数量越多,峰间降雨强度小,坝坡抗滑稳定性越低,当前期降雨和后期降雨间隔时间增大,坝坡安全稳定系数呈先减小后增大,当时间间隔很大时,前期降雨影响有限。     

透水铺装雨水入渗模型与影响因素相关性研究

为了更加准确快捷地预测透水铺装内部的雨水渗流过程,探究降雨参数与路面设计参数对其渗流性能的影响,提出透水铺装雨水入渗模型,并针对影响因素的相关性进行研究。首先,基于地区水文气象资料与路面材料渗透特性,利用数学模型对降雨阶段关键参数进行量化研究,并从降雨强度与材料渗透能力的角度对雨水入渗的物理过程进行分阶段刻画,最终建立透水铺装雨水入渗-储水-排空模型。其次,针对该模型的诸多输入参数,进行正交设计试验计算各参数与径流控制率的相关性,寻找关键控制指标;基于该结论拟定典型透水铺装结构组合,选择不同降雨重现期、降雨历时与时程雨型等模拟工况对水位高度、蓄水能力等进行验算与评价。结果表明:所建模型与文献数据具有较好的吻合性,NSE指数可达0.45以上;路基土的渗透系数与路面径流控制率显著相关,暴雨工况下随着路基土渗透系数的降低,地表径流占比达到30%以上,并且几乎丧失连续储水能力,而路基土饱和渗透系数的影响性较小;溢流管可有效减少地表径流量,降低溢流风险,在极端暴雨条件下设置溢流管的道路可削减60%的地表径流,并具有50%以上的连续储水能力;时程雨型对路面渗流特性的影响较为复杂,雨峰出现时间在控制地表径流与延缓径流峰值两方面呈现相反的规律,因而需要根据当地降雨资料与设计要求进行权衡。     

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.     

降雨入渗对黄土边坡破坏面的形成及滑动机理研究

以甘肃一黄土滑坡为例,将流固耦合理论引入边坡的稳定分析,结合数值分析软件FLAC,研究了边坡在不同降雨入渗深度下位移、速率的变化情况以及边坡破坏场的发展规律,提出了以位移和速率为标准的边坡稳定性评价方法。结果表明:随着降雨的入渗,位移和速率有不断增大的趋势,降雨入渗4m后,位移和速率显著增大,边坡破坏面处于贯通状态,坡体达到临界滑动速率,直至推动整个坡体向下滑动而形成推移式滑坡。     

水热耦合作用下季节冻土边坡降雨入渗规律及入渗机理

为研究春融期降雨工况下季节冻土边坡水热迁移规律及降雨入渗机理,选取季节冻土区高速公路路堤边坡为研究对象,基于非饱和冻土水热迁移耦合模型结合降雨入渗边界条件,提出了降雨入渗条件下冻土边坡水热耦合理论与数值计算方法,并通过COMSOL有限元仿真软件对冻土边坡降雨入渗过程进行计算,分析不同降雨强度、初始含水率对冻土边坡体积含...     

高速公路黄土路堑高边坡现场冲刷试验研究

通过现场模拟降雨,研究了降雨对黄土路堑高边坡的侵蚀机制,分析了裸露边坡和植被防护边坡的破坏特征以及径流特征、冲刷量的变化规律。结果表明:在暴雨条件下,古土壤的破坏方式不同于黄土,且更易于侵蚀,厚层基材喷播植草对其防护效果很好;同时,坡面上方来水是坡面冲刷最主要的因素,径流量的变化具有“陡涨缓落”的特征,含泥量则呈现“缓涨陡落”的趋势;且连续阴雨对路堑边坡的侵蚀能力比短时暴雨更强。试验研究结果为黄土地区路堑高边坡的植物防护和截排水设计提供了依据。     

透水铺装雨水入渗模型与影响因素相关性研究（双语出版）

为了更加准确快捷地预测透水铺装内部的雨水渗流过程，探究降雨参数与路面设计参数对其渗流性能的影响，提出透水铺装雨水入渗模型，并针对影响因素的相关性进行研究。首先，基于地区水文气象资料与路面材料渗透特性，利用数学模型对降雨阶段关键参数进行量化研究，并从降雨强度与材料渗透能力的角度对雨水入渗的物理过程进行分阶段刻画，最终建立透水铺装雨水入渗-储水-排空模型。其次，针对该模型的诸多输入参数，进行正交设计试验计算各参数与径流控制率的相关性，寻找关键控制指标；基于该结论拟定典型透水铺装结构组合，选择不同降雨重现期、降雨历时与时程雨型等模拟工况对水位高度、蓄水能力等进行验算与评价。结果表明：所建模型与文献数据具有较好的吻合性，NSE指数可达0.45以上；路基土的渗透系数与路面径流控制率显著相关，暴雨工况下随着路基土渗透系数的降低，地表径流占比达到30%以上，并且几乎丧失连续储水能力，而路基土饱和渗透系数的影响性较小；溢流管可有效减少地表径流量，降低溢流风险，在极端暴雨条件下设置溢流管的道路可削减60%的地表径流，并具有50%以上的连续储水能力；时程雨型对路面渗流特性的影响较为复杂，雨峰出现时间在控制地表径流与延缓径流峰值两方面呈现相反的规律，因而需要根据当地降雨资料与设计要求进行权衡。     

变雨强条件下土质边坡渗流场及稳定性研究

为了研究降雨强度对边坡渗流场及安全系数的影响,基于非饱和渗流及抗剪强度理论对边坡在相同降雨量、变雨强条件下的边坡渗流场进行了研究.研究表明:(1)前期降雨强度小更利于雨水的后续入渗,从而使边坡表层负孔隙水压力上升速率及幅度更大;(2)边坡安全系数的降低幅度与边坡渗流场密切相关,边坡体内负孔隙水压力越大边坡安全系数越大,反之则越小.     

3S-OER生态防护边坡抗暴雨冲刷试验研究

通过模拟边坡和人工降雨试验,研究了坡面在3S-OER生态防护条件下,两种坡度经大暴雨冲刷的防护效果;研究分析了不同降雨强度对3S-OER生态防护边坡和常规植被边坡的水土流失、养分变化及抗冲刷指数。实验证明在同样的坡度和降雨强度条件下,3S-OER生态防护坡面完好无损,抗暴雨冲刷能力强,而常规植被坡面随降雨强度的增大,坡面出现裂缝、垮塌,抗暴雨冲刷能力弱。     

基于变形监测的边坡稳定性及加固方案探讨

通过对某高速公路的高边坡滑移变形进行地表位移监测,分析坡体不同区域的变形特征、临空面与滑面变化趋势,以及岩体结构对坡体稳定性的影响。结合降雨量和监测数据,探讨降雨与边坡位移的影响规律,从而得出反倾软质岩边坡的稳定性影响因素。监测数据表明,受降雨、临空面开挖及岩体结构的影响,边坡出现牵引区和变形区2种变形特征区域;变形区存在3个阶段:(1)坡体变形随时间而匀速增长的线性变形期;(2)裂缝后缘及两侧坡体随之加速变形的失稳期;(3)坡体应力重分布形成二次应力场的固结稳定期。而牵引区整个过程变形较小;反倾软质岩边坡变形受层面影响,但不受层面控制;地表水渗入则是坡体变形的主要诱因,工程设计中注意地表排水及深层排水。     

透水混凝土路面对雨水径流的影响研究

基于"海绵城市"理念的透水路面能有效延迟地表径流的出现时间并降低径流总量,起到缓解城市洪涝灾害的作用。为了研究透水混凝土路面对雨水径流的影响,从透水混凝土路面渗水能力的理论研究入手,首先对透水路面的渗透系数进行了分析,然后以某新建道路为例,就透水混凝土路面对地表雨水径流的延迟时间和径流量削减情况进行试验研究。研究成果表明:第一,透水路面的渗透系数与混凝土有效空隙率(ne)的5. 3961次方呈正比;第二,当降雨总量小于路面渗透能力时,雨量越大,路面对地表径流的延迟时间越长,削减效果也越好;当降雨量超过其渗透能力时,雨水只能以地表径流的形式排出道路系统;第三,降雨持续时间为30、60和120 min时,透水混凝土路面对地表径流总量的削减率分别超过60%、55%和40%,可见,透水混凝土对降低路面地表雨水径流总量具有显著的效果。     

降雨和地震耦合作用下老南瓜塘边坡稳定性分析

以大永高速公路老南瓜塘边坡为研究对象,采用数值方法分析该边坡的失稳破坏机制,并确定雨水入渗导致坡体强度软化是诱发滑坡的主要因素。分析计算老南瓜塘边坡在降雨、地震、降雨+地震等工况下的工程稳定性,根据边坡的变形破坏机制和稳定状态选取了抗滑桩支护方式进行加固,并复核加固坡的工程稳定性。研究结果表明:①边坡稳定性随降雨持续而降低存在一定滞后,边坡最不稳定状态在降雨结束后一段时间,并非对应降雨结束时。②地震荷载对边坡稳定性破坏显著,地震工况下老南瓜塘边坡处于极度不稳定状态。③前期降雨会加剧地震对边坡稳定性的破坏,降雨强度越大,持续时间越久,影响越明显。