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。     

降雨诱发含碎石夹层土坡破坏演化规律研究

含碎石夹层的土坡降雨作用下的渗透特性对边坡的稳定性具有重要影响.针对降雨诱发含碎石夹层土坡破坏演化规律的研究不足,通过概化含碎石夹层土坡的几何模型并构造相关受力分析模型,分析了碎石夹层优势渗透面对边坡稳定性的影响机制;基于Janbu法推导了考虑优势渗透面效应的极限平衡法公式,并基于Geostudio平台将其应用于数值计...     

基于位移信息的均质土坡动态稳定性分析

现场位移监测是获得边坡体位移信息的直观手段,但据此不能判断边坡的动态稳定性。为此,基于FLAC3D内置的摩尔-库伦模型,建立典型均质土坡的数值计算模型,采用强度折减法模拟边坡变形发展的全过程,获得均质土坡失稳过程中的变形演化规律,并根据关键点的位移变化过程划分为三个阶段,即匀速变形,加速变形和剧烈变形阶段。最后,从关键点位移变化形态以及空间位移特征分析各变形阶段的特点,进行边坡动态稳定性评价。     

大型三维地质力学模型试验系统研制及其应用研究

为研究泥灰岩隧道开挖诱发突涌水灾害机制及信息演化规律,以兰州至海口国家高速公路秦峪隧道为工程依托,研制泥灰岩隧道围岩相似材料,研发大型隧道突涌水三维地质力学模型试验系统。该系统可实现低频周期循环加卸载、数据自动化采集,可提供稳定水压加载,基于Python编程语言开发了隧道突涌水灾害预警系统,在此基础上开展泥灰岩隧道突涌水灾害演化过程模型试验。研究结果表明： 1）隧道开挖扰动会破坏围岩压力与渗透水压力之间的平衡,致使隔水围岩内产生微裂隙并扩展贯通,进而发生突涌水现象; 2）当发生突涌水现象时,隔水围岩压力、渗透水压力及位移均会发生明显的突变现象,围岩压力及渗透水压力最大释放率分别为18.6%、73.35%,最大位移量为0.18mm; 3）泥灰岩相似材料能够较好地满足试验需求,证明了隧道突涌水三维地质力学模型试验系统的稳定性及可靠性。     

土坡动力稳定的空间模型分析

根据土的塑性上限分析理论,考虑土坡实际破坏的空间效应,提出了土坡稳定分析的空间模型。并对该模型进行算例分析,结果表明该空间模型改善了常用二维稳定分析方法的保守性,进行边坡稳定评价更科学合理,发生临界滑坡的概念更易于理解。     

基于坡度和降雨强度的砂土泥石流预警模型分析

泥石流灾害可造成巨大经济财产损失及人员伤亡,对泥石流预警模型的研究能够帮助人们认识泥石流的发展规律,减少由此引起的生命财产损失。从模型试验出发,研究了泥石流启动时间与坡度、降雨强度之间的关系。通过试验数据分析发现,在该试验水平下,坡度和降雨强度对于泥石流启动时间的影响都是高度显著的,区别在于坡度改变造成的启动时间改变量近似呈等量变化,而降雨强度改变造成的启动时间改变量呈差量变化。利用试验结果进行回归分析,提出了能够同时考虑坡度和降雨强度的I-D修正预警模型,为泥石流灾害进行快速初步预警提供参考依据。     

榆佳高速公路路基土坡可靠度研究的参数敏感性分析

影响路基边坡稳定性的因素很多。以榆佳高速公路路基土坡为研究对象,利用基于可靠度理论的参数敏感性分析方法,设计了容重、黏聚力、内摩擦角3因素3、4、5水平敏感性分析方案。试验中没考虑不同因素的相关性。利用不同因素、不同水平的试验结果,分析了不同组合下可靠性指标和极差的变化,确定了适用于榆佳高速公路路基土坡的不同因素对于其稳定性的影响顺序,即内摩擦角φ>黏聚力c>容重γ。通过敏感性分析认为,在确定边坡稳定性影响因素的情况下,因素水平不同划分对敏感性分析结果影响不大。     

加筋土坡临界高度的极限分析

为了解布筋形式与布筋密度等因素对土坡加筋效果的影响,用上限法对加筋土坡的临界高度进行了极限分析。使用刚体旋转破坏机构,并假设筋材的失效模式为本身的拉伸破坏,研究了3种布筋形式(均匀布筋、上稀下密线性布筋及上密下稀线性布筋)对边坡临界高度及滑裂面形状与位置的影响。结果表明:在平均布筋密度相同的情况下,上稀下密线性布筋对应的临界高度最大,而上密下稀线性布筋对应的临界高度最小;对于3种布筋形式,边坡临界高度都随平均布筋密度增大而明显增大;不同的布筋形式对应的滑裂面的形状与相对位置有较大差别;对于均匀布筋土坡,上限解与试验结果及有限元解有较好的一致性。     

坡顶超载情况下的土坡影响因素敏感性分析

为了研究超载对边坡稳定性的影响,基于强度折减法分别计算了不同内摩擦角、粘聚力、土体重度、坡角、坡高、超载宽度、超载离坡肩的距离、超载大小等8种影响因素作用下土坡超载时的稳定性系数。并通过数值模拟,分析了土坡超载的破坏机理,结果表明：坡顶超载时,内摩擦角对土坡稳定性的影响最为显著,而超载宽度的影响最小。自重作用下边坡土体和超载作用下的边坡土体由于其自身强度不足而失稳的破坏机制有所不同：自重作用下失稳时,塑性区一般从坡脚延伸到坡顶;而当坡顶有超载作用下失稳时,塑性区一般从超载作用区域下和坡脚处同时扩展延伸并贯通,最终导致破坏。     

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...     

降雨条件下楼房山隧道碎石土边坡的稳定性研究

通过建立楼房山隧道罐子沟端滑坡防治工程数值计算模型,研究降雨对碎石土边坡稳定性的影响机制,将降雨条件转化为含水率的变化,分析了不同含水率变化下边坡的应力场、位移场、塑性区及剪应变增量的变化规律。研究结果表明:在降雨条件下,碎石土边坡的稳定性随着含水率的增加呈先缓慢减小后急剧减小的特征,即存在一个与含水率有关的临界特性;降雨诱发碎石土边坡失稳的主要机理是雨水渗入后在地下水管道排泄系统作用下,将坡体下部碎石土中的细粒土带走,逐渐形成坍塌滑移,导致整个边坡破坏。     

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。     

开挖膨胀土边坡坍滑的演化规律

膨胀土路堑开挖一段时间后边坡坍滑是路基施工中常见现象且与坡高、坡率无直接联系.为探求其变形破坏演化过程以便实施有效工程处治,采用FLAC对广西百隆路百色膨胀土堑坡开挖过程进行模拟,获得新开挖边坡的位移、应力、应变变化规律;通过强度折减法计算得到的安全系数随挖深增大而减小,但此时边坡是稳定的.此外采用FLAC热力学模块模拟边坡大气影响深度内的湿度场,再次分析获得经历干湿循环作用后其相应的位移、应力、应变变化规律,即边坡的失稳过程.对比工程实体修建时的现场观察与数值分析结果,发现两者基本吻合,由此总结并提出开挖膨胀土堑坡坍滑的4阶段变化规律及合理实施柔性支护的建议.     

砂土边坡稳定性离心模拟试验研究

根据全国水利学会岩土物理模拟试验专委组织的离心模拟平行试验,进行了砂土边坡稳定性离心模似试验研究.试验采用福建标准砂,研究不同边坡倾角和含水率对砂性土边坡稳定性的影响和试验后边坡含水率的变化.试验设置了三组不同坡角和含水率的试验来进行对比,验证了在一定范围内含水率的变化对边坡稳定性的影响,坡角变化对边坡稳定性的影响,并利用非饱和土的强度与含水率的关系理论,探讨了砂性土边坡稳定性与含水率的关系,并得出了试验后含水率的变化规律.     

基于灰色理论的土质路堑边坡位移预测

土质路堑边坡失稳破坏往往表现为土体位移。以重庆铜合高速公路K22＋770-K22＋965段路堑边坡位移预测为例,对基于灰色理论构建的土质路堑边坡位移预测灰色模型进行介绍,并将预测值与实测数据进行比较,结果表明其准确度高。在此基础上建立位移随监测时间变化的响应函数,其适用性强,可作为土质路堑边坡位移预测的经验公式。     

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。     

植被客土层对黄土边坡降雨入渗影响试验研究

降雨入渗使得非饱和土边坡内含水量增大,进而使土的抗剪强度降低,这是降雨诱发浅层边坡失稳的重要原因之一。在适用于黄土地区的Green-Ampt入渗模型的基础上提出了考虑客土层的入渗模型,并分析了客土对入渗性能的影响。结果表明:客土配比对湿润锋深度和累积入渗量均有较大影响;客土渗透系数对湿润锋深度和累积入渗量都有明显影响,而客土饱和体积含水量只对累积入渗量有较小影响;在模型分析的基础上提出了客土配比所满足的条件。     

某隧道洞口滑坡地质灾害预警响应分析

为了减小施工期工程场区滑坡地质灾害对施工生产和人员的威胁,以某隧道洞口滑坡地质灾害为例,根据现场实际情况,初步分析并确定了某隧道洞口滑坡地质灾害的预警判据,得出了滑坡地质灾害主要通过地表变形、抗滑桩顶水平位移、抗滑桩体横向应力以及降雨量来进行综合预警的方法,可为类似工程滑坡地质灾害的预警提供参考。     

降雨条件下公路边坡暂态饱和区发展规律

为了分析降雨对边坡稳定性的影响,结合工程实际情况,通过拟定不同的降雨计算方案,采用饱和非饱和渗流理论对某高速公路边坡暂态饱和区的发展变化和地下水升降情况进行数值模拟,进而深入研究边坡在降雨过程中地下水位和暂态饱和区的变化规律以及暂态饱和区对边坡稳定性的影响。研究结果表明：降雨强度决定了饱和区形成的时间,而暂态饱和区扩展面积的大小则受到降雨历时和降雨强度共同影响,暂态饱和区形成和消散都具有滞后特点;降雨不会迅速引起边坡中地下水位的大幅度上升;初始地下水位的高低对暂态饱和区出现的时间和扩展范围将产生重要影响。