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.     

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。     

持续降雨对土质边坡稳定性影响研究

通过室内试验、数值模拟并结合工程实例,研究了持续降雨对土质边坡稳定性的影响。结果表明:降雨会在土质边坡表层形成一层暂态饱和区,暂态饱和区的范围会随着降雨历时和强度的增大而逐渐增大;在Geostudio 2012数值模拟中,表现为均质土坡在表层出现的湿润峰随着降雨历时和降雨强度的增大而向坡体深部扩展,在相同条件下,湿润峰在坡体平缓部位扩展深度大,而在坡体陡峭处扩展深度小,导致湿润峰将坡体划分为上部暂态饱和区与下部非饱和区两部分。相同原状土体的黏聚力与内摩擦角随着含水率的增大和减小而相应增大和减小,致使湿润峰上部暂态饱和区土体物理力学性质发生改变,最终导致边坡稳定性系数随降雨的变化而发生变化。因此,在工程建设中出现均质土坡时,必须考虑天然降雨对边坡稳定性的影响,并做好截水及排水设计。     

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。     

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。     

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。     

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     

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。     

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。     

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。     

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。     

“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。     

考虑临界体积含水率作用的无黏性边坡模型试验

针对路基边坡失稳进行分析，研究改进无黏性边坡模型试验，在恒定降雨强度下，边坡体积含水率随时间变化，将初始恒定体积含水率定义为临界体积含水率θ_iqs；通过图像处理技术，对不同土层厚度下边坡内部任意位置处的体积含水率与边坡位移之间关系进行分析。试验监测不同深度下的水分分布，对垂直方向的降雨渗透行为进行评估；在超过初始的θ_iqs后，体积含水率的增加会导致地下水位线的上升，从而诱发边坡变形，随即产生位移，θ_iqs可作为预测坡趾失稳指标；在边坡中上部范围内，当未超过θ_iqs但土体内部已经形成饱和带时，边坡也会发生小部分位移。     

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。