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。     

“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。     

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。     

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。     

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     

降雨入渗对裂隙性红粘土边坡的稳定性影响分析

红粘土具有干缩开裂性,裂隙性红粘土、尤其是高吸力红粘土边坡,其稳定性跟降雨入渗有很大关系.基于饱和-非饱和土渗流理论,建立了裂隙性高吸力红粘土边坡数值分析模型,模拟了降雨入渗条件下边坡暂态渗流场,分析了降雨强度、裂隙深度、裂隙渗透系数等对裂隙性红粘土边坡渗流场及稳定性的影响.结果表明,短期降雨对低渗透性红粘土边坡渗流影响较小,高渗透性裂隙加快了雨水入渗;土坡安全系数对雨强的敏感度与土体饱和渗透系数有关;裂隙深度影响边坡安全系数、滑裂面位置及形状;随着裂隙深度增加,边坡安全性系数对雨强敏感性显著增加,边坡滑动形式趋向于浅层滑动.     

强降雨对路堤边坡渗流场及稳定性影响研究

为了研究强降雨对路堤边坡渗流场及稳定性的影响,基于非饱和渗流及非饱和抗剪强度理论对降雨作用下的渗流场及边坡稳定性进行了研究.研究表明:降雨入渗将引起路堤内部地下水位线上升,上升速率在降雨前期大于降雨后期;降雨入渗作用下边坡体内孔隙水压力及体积含水量都逐渐增大,在达到饱和含水量的区域内基质吸力丧失,降雨停止后由于雨水的出渗,孔隙水压力与体积含水量缓慢降低,同时基质吸力得到缓慢的恢复;在降雨入渗影响下路堤安全系数降低明显,降雨停止后由于雨水的出渗,安全系数将得到一定程度的增大.     

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。     

考虑降雨入渗条件下岩质边坡稳定性分析

降雨的入渗往往会导致边坡非饱和区的含水量增高,基质吸力降低,在非饱和区中出现暂态饱和区,容易造成滑移、崩塌、开裂等不良工程地质现象.在饱和一非饱和渗流理论的基础上,对南方山区岩质边坡降雨入渗的数值模拟和模拟方法进行了探讨,建立岩质边坡渗流的分析模型.在考虑降雨入渗对岩体的粘聚力和内摩擦角降低的基础上,采用传统的极限平衡分析法,对怀化至新晃高速公路K39+330段的路堑边坡进行了渗流稳定性分析.结果表明,岩层在降雨条件下不断软化,边坡安全系数降低;采用渗水管进行深层排水,将滑动体内的地下水集中排出,能有效地阻止滑动面上的岩体软化并提高边坡安全系数.     

降雨对山区高速公路弃土场边坡稳定性影响分析

弃土场是山区高速公路建设的附属工程,其稳定性是工程设计人员重点关注的技术难题。该文采用饱和-非饱和渗流分析方法对贵州省六盘水至威宁高速公路YK53+750右侧40 m弃土场边坡降雨条件下的渗流场进行数值模拟计算,在此基础上采用刚体极限平衡法对其安全系数进行计算,并探讨降雨对弃土边坡稳定性的影响。研究结果表明:在降雨条件下弃土边坡的基质吸力减小,并随着降雨的持续,在弃土边坡表面部分区域会形成暂态饱和区,但雨停之后边坡表面的暂态饱和区逐渐消散,基质吸力逐渐增大,坡体内的基质吸力先减小后缓慢增大;降雨对边坡稳定性的影响是显著的,降雨会导致弃土抗剪强度参数降低,引起弃土场边坡的安全系数减小,进而降低弃土场边坡的稳定性;采用假定岩土体全部饱和来进行暴雨工况条件下弃土边坡的安全系数计算,得到的边坡安全系数相比采用渗流稳定计算的偏小,相对工程而言该方法偏于安全。     

降雨对山区高速公路弃土场边坡稳定性影响分析

弃土场是山区高速公路建设的附属工程,其稳定性是工程设计人员重点关注的技术难题。该文采用饱和-非饱和渗流分析方法对贵州省六盘水至威宁高速公路YK53+750右侧40 m弃土场边坡降雨条件下的渗流场进行数值模拟计算,在此基础上采用刚体极限平衡法对其安全系数进行计算,并探讨降雨对弃土边坡稳定性的影响。研究结果表明:在降雨条件下弃土边坡的基质吸力减小,并随着降雨的持续,在弃土边坡表面部分区域会形成暂态饱和区,但雨停之后边坡表面的暂态饱和区逐渐消散,基质吸力逐渐增大,坡体内的基质吸力先减小后缓慢增大;降雨对边坡稳定性的影响是显著的,降雨会导致弃土抗剪强度参数降低,引起弃土场边坡的安全系数减小,进而降低弃土场边坡的稳定性;采用假定岩土体全部饱和来进行暴雨工况条件下弃土边坡的安全系数计算,得到的边坡安全系数相比采用渗流稳定计算的偏小,相对工程而言该方法偏于安全。     

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。     

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。     

降雨入渗对填土边坡稳定性影响研究

以非饱和渗流理论为基础,以广西某变电站填土边坡为工程实例,运用岩土体渗流有限元及边坡稳定性分析软件,分别对该填土边坡在不同时刻下的孔隙水压力分布状况、渗流路径、稳定性进行模拟分析。结果表明:降雨入渗主要通过改变土体孔隙水压力、土体含水率以及基质吸力,从而对边坡产生影响,随降雨入渗时间增大,边坡最危险滑面有下移趋势,安全系数逐渐下降。其中,在降雨48小时至72小时时间段内,填土边坡稳定性下降最为显著。如遇连续降雨情况,该填土边坡有很大的安全隐患。     

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。     

融化期川西地区季节冻土边坡稳定性分析

为解决融化期季冻区边坡失稳问题，针对川西高原地区混合土边坡，综合考虑粗颗粒含量及含水率影响，采用大型直剪与常规直剪相结合的试验方案，获取混合土抗剪强度参数，基于冻土水热耦合理论，通过COMSOL有限元软件对边坡融雪入渗过程进行数值模拟，分析边坡水热场时空变化规律，同时考虑冻融过程中土体强度参数动态改变建立季冻区混合土边坡稳定性计算分析模型，分析融化期混合土边坡稳定系数、滑动面发展规律，定量分析总结融化期季冻区边坡失稳机理。结果表明：相同干密度条件下，混合土饱和渗透系数与粗颗粒含量成正比，抗剪强度与粗颗粒含量成正比而与含水率成反比；融化期边坡融雪入渗作用加强，浅层土体处于富水状态，形成最大厚度0.80 m的暂态饱和区；川西季冻区混合土边坡潜在滑动面与冻融交界面位置基本一致，滑动面形式主要是折线型，为浅层滑动；融雪入渗与冻土消融作用是季冻区边坡融化期失稳破坏的主要诱因，融化期间边坡稳定性系数减小速率随融雪入渗过程逐渐加快，融化深度最大时，边坡稳定性系数最小；川西地区季节冻土边坡稳定性主要影响因素为粗颗粒含量与初始含水率，粗颗粒含量越高，初始含水率越低，融化期边坡稳定性越好。     

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。     

降雨作用下高填土质路堤边坡的渗流稳定分析

针对现行的高填土质路堤边坡,基于饱和—非饱和渗流数学模型,设计了二维非稳定渗流程序,通过模拟因雨水入渗引起的暂态渗流场,分析土体中含水量、基质吸力的变化规律;采用等效粘聚力的概念,利用延伸的MOHR COULOMB破坏准则对路堤边坡进行了弹塑性有限元分析,进而得出路堤边坡在不同降雨时刻的安全系数;最后分析了降雨重现期、土参数φb和由路堤施工所引起的土体渗水性系数的各向异性对边坡渗流稳定的影响。     

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。     

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。