降雨入渗条件下非饱和土边坡稳定性数值分析

应用有限差分软件 FLAC2D中两相流分析模块建立了非饱和土边坡的数值模型,并进行了考虑降雨入渗影响的渗流场及稳定性分析。结果表明：降雨强度较大的情况下,雨水入渗主要引起边坡表层的饱和度增加;而降雨强度较小时,雨水更容易入渗到边坡的内部;降雨持时相同时,边坡的剪应变增量随着降雨强度的增大而增大;强降雨条件下,边坡的位移较大,其中边坡水平向位移随着高程的减小而增大,而竖直向位移随着高程的减小而减小;随着降雨持时的增加,边坡的位移不断增大,安全系数不断减小。     

降雨条件下边坡破坏机理离心模型研究

降雨是诱发边坡灾害的一个重要因素。雨水的入渗导致边坡土体含水量增加,土体强度下降,容重增大,引起边坡失稳。含水量对土体强度参数的影响试验表明,含水量对土体粘聚力影响较大,而对土体内摩擦角的影响较小。不同含水量土质边坡破坏机理离心模型试验表明,土质边坡破坏存在两种形式,整体滑坍破坏和拉裂破坏。松散类边坡在含水量小时形成坍落拱破坏,并最后形成拱形稳定。在含水量大时形成浅层滑坍破坏。引入损伤力学理论对不同含水量土体的损伤影响分析说明,随含水量增大,土体损伤程度加强,并存在损伤变量突变点。     

非均质边坡稳定性极限分析上限法

引入变异因子,推导土体黏聚力沿深度线性变化时的边坡极限分析上限法相关公式,研究成层土不同分布情况下的稳定性,并对极限分析法与极限平衡法中的评价指标进行对比。结果表明:对于刚体转动破坏,当坡脚土层黏聚力不变时,随着变异因子的增大,滑面对应的张角增大,但滑面位置变动微小,稳定系数近似线性增加。稳定系数和安全系数随变异因子的改变呈现相同的变化规律,但安全系数的大小与边坡坡高、土体重度和黏聚力有直接关系;考虑土体变形时,变形区内由黏聚力变化引起的损耗率是对数旋转面上的一半;坡脚土层黏聚力保持不变时,极限承载力随着变异因子的增加近似线性增加;当坡脚土层黏聚力大于坡肩时,边坡的稳定系数、安全系数和极限承载力均比土层相反分布时的要大。表明边坡坡脚土层黏聚力过小更容易造成失稳,建议采取"固脚强腰"的防护措施以确保边坡稳定。     

降雨入渗条件下矿坑边坡稳定性分析

结合现场工程实际,根据渗透张量计算程序得到灰岩渗透张量,针对不同降雨工况,对比分析边坡在加固前后位移和安全系数变化规律,以及坡体加固结构在降雨作用下轴力变化规律。通过降雨后边坡位移分析,边坡在没有进行加固时,最大位移发生在边坡下部,中部次之,上部位移最小。在降雨强度为200 mm/d降雨4 d后,边坡坡脚处位移迅速增加,对应的安全系数也降低到最小值;采用预应力锚索加固措施后,边坡稳定性大幅提升,边坡加固后,边坡位移非常小,安全系数最小值较未加固时边坡最小安全系数有大幅提高;预应力轴力随着降雨的持续逐渐增大,最大轴力出现在边坡下部位移最大位置,随着降雨持续时间增加,位移边坡中上部分锚索轴力变化平稳,位于坡脚处锚索轴力增大幅度较大。     

增湿条件下膨胀土边坡稳定性影响因素有限元分析

为研究雨季土体增重、强度降低及膨胀作用这三项影响膨胀土边坡稳定性作用因素的主次关系,基于热膨胀比拟增湿膨胀原理,考虑水平、竖向间的差异膨胀性,推导土体增湿膨胀的应力-应变方程,利用无荷膨胀率试验有限元模型进行参数验证;针对某铁路膨胀土边坡,建立ABAQUS有限元强度折减模型,采用正交试验极差分析法,研究含水率变化条件下边坡稳定性影响因素的作用效应及敏感性。研究表明:当初始含水率较低时,土体强度降低对边坡稳定性的影响最为显著,膨胀作用次之,土体增重影响相对较小,随土体初始含水率增大,膨胀作用、土体增重的影响减弱;土体初始含水率较低时,考虑土体水平、竖向间差异膨胀性计算得到的稳定安全系数较传统的各向同性膨胀假设结果低0.11~0.13,随含水率的升高,差异膨胀性的影响减小。     

含盐量及含水量对氯盐盐渍土抗剪强度参数的影响

盐渍土作为一类特殊的工程地质体,其抗剪强度受环境因素的影响是复杂的。通过室内试验,分析不同含盐量和含水量条件下氯盐盐渍土抗剪强度的变化规律,研究含盐量、含水量对盐渍土抗剪强度的影响机理。研究表明:在含水量达到一定量时,随着CaCl2含量的增加,氯盐盐渍土的抗剪强度参数值是先减小后增大,达到最小值时的土体临界含盐量为10.36%;在含盐量一定的情况下含水量从8%增到10%时,抗剪强度参数值减小幅度比较大,而从10%增到15.56%时,抗剪强度参数值减小幅度明显变小;土中易溶盐相态的变化,从土颗粒间溶液的离子浓度和土体骨架作用两方面影响盐渍土的抗剪强度;当含盐量一定时,随着含水量的增大,土粒间离子的浓度逐渐减小,使得扩散层厚度增大,粘结力减小。     

考虑基质吸力下的黄土边坡稳定性研究

降雨入渗使得非饱和黄土含水量增加,基质吸力降低,进而导致边坡稳定性下降。选取某铁路沿线黄土边坡为研究对象,进行了非饱和黄土的基质吸力试验。结果表明,在0~260kPa低吸力范围内,原状黄土土水特征曲线呈指数形式。进而,通过控制基质吸力的三轴试验,测定了非饱和黄土的抗剪强度,结果表明,黄土由饱和至非饱和状态转变时内摩擦角增大,非饱和黄土莫尔库伦破坏包面是一个上翘曲面。在此基础上,运用GeoStud io进行了降雨数值模拟和边坡稳定性分析,结果表明,随着降雨强度的增加和降雨持时的延长,边坡表层孔隙水压力逐渐增加,对应基质吸力持续减小,水头等值线在坡顶和坡脚最为密集;降雨强度越大,持时越长,越不利于边坡稳定。     

降雨入渗对边坡稳定性的影响研究

降雨入渗直接影响着边坡岩土体中渗流场的分布,持续的降雨一方面使边坡浸润线逐渐抬升,边坡体非饱和区的含水量逐步增大,内聚力降低,孔隙水压力增大,降低边坡岩土体的抗剪强度;另一方面,边坡岩土体中饱水厚度逐渐增加,一定程度上增加了边坡的下滑力,进一步诱发边坡的变形与滑移。因此,通过建立不同降雨强度下边坡岩土体渗流场有限元模型,定量分析降雨强度对边坡稳定性影响,并结合模拟渗流场中孔隙水压力等值线图,用改进极限平衡法对不同降雨强度下边坡进行稳定性分析。     

几何参数对边坡稳定可靠度影响规律分析

坡高和坡率是影响边坡稳定可靠度的重要因素.利用积分中值定理推导基于Fellenius法的黏性土简单边坡稳定可靠指标的解析表达式,讨论边坡安全系数和可靠指标随几何和材料参数变化的非协同响应特性;基于Monte-Carlo方法,分析坡高和坡率引起边坡安全系数和可靠指标非协同响应的土体强度条件.研究结果表明:特定几何和材料参数下的边坡安全系数和可靠指标将呈现出相反的演化趋势,与边坡安全系数随土体强度和几何参数的不利变化而降低规律不同,在黏聚力小且变异性大、内摩擦角大且变异性小条件下,边坡可靠指标出现随坡高增加而提高的特殊变化现象;对于黏性土边坡,采取放缓边坡的工程措施,较降低坡高,既能提高边坡安全系数,也能保障边坡的可靠指标提高,降低工程安全风险.     

降雨作用下山西中南部通道黄土边坡稳定性分析

降雨入渗导致黄土边坡坡体含水量增加,边坡负荷加大,稳定性降低。为满足设计安全的需要,对晋中南线黄土边坡进行了野外人工降雨试验。在试验基础上,利用GeoStudio软件进行了降雨入渗数值模拟和边坡稳定性分析。野外试验结果表明,降雨开始半小时后,入渗量超过泥沙冲蚀量,土压力和孔隙水压力上升,边坡负荷增加,边坡稳定性下降。边坡坡体孔隙水压力、含水量与降雨强度和降雨持时呈正相关关系。数值模拟结果表明,随降雨持时的延长与降雨强度的增加,湿润峰逐渐加深,边坡表层及坡角出现或大或小的暂态饱和区。长时间大强度的降雨对边坡稳定性非常不利。     

三维土工网边坡防护水土保持能力研究

路基边坡防护工程可减轻降雨对坡面土体的侵蚀作用,为深入研究坡面防护材料水土保持能力的定量表征方法,通过室内人工降雨边坡侵蚀模型试验,分析不同降雨强度和不同三维土工网防护下路基边坡的降雨侵蚀规律,提出三维土工网水土保持能力的试验测定方法及相关系数计算公式。研究结果表明：三维土工网防护边坡泥沙流失干质量明显小于相同条件下不设防边坡泥沙流失干质量,土工网防护在减少边坡侵蚀量的同时,有利于边坡侵蚀进程的快速稳定,但土工网的水土保持能力随雨强增大急剧下降。泥沙流失速度随着降雨的持续而逐渐减小,后期趋于收敛稳定,侵蚀历程采用指数函数拟合具有较好的相关性。建议设防边坡的试验降雨时间不少于70 min,不设防的边坡试验降雨时间不小于100 min。水土保持能力系数随雨强的增大呈对数函数关系减小,雨强超过100 mm/h时水土保持能力系数实测值与对数函数拟合值差异较大,建议在测定材料水土保持能力系数时雨强取20～100 mm/h,可取50 mm/h作为标准试验雨强。泡面类三维土工网水土保持能力显著优于普通三维土工网,而双泡面的三维土工网优于单泡面三维土工网。试验条件下凹凸泡面三维土工网的水土保持能力系数...     

强降雨入渗作用下土质边坡失稳灾变研究

公路边坡浅层垮塌是雨季最为常见的灾害现象,为了研究强降雨入渗作用下土质路堑边坡可能发生突发性失稳滑坡的机理,从实际工程出发以典型双层边坡为例,利用有限元程序ABAQUS对双层土质高边坡降雨入渗全过程中的孔压、应力、位移、塑性应变的变化进行了研究。结果表明:在强降雨条件下,地表水入渗将导致土体浅层的基质吸力减小或消失,土体表层竖向有效应力减小,表层土塑性应变峰值在降雨达到最大时出现;在降雨入渗的作用下,表层土的平均应力呈减小趋势,内部深层土平均应力与等效应力呈增大趋势,可能导致边坡浅层发生失稳,但随着后期降雨强度的减少,其最小应力会逐渐偏移屈服面;不同雨型作用下,边坡不同部位的位移响应差别较大;边坡失稳过程的塑性区呈两个方向向上延伸,一是沿着两层土的过渡区,一是沿着整个边坡滑动弧线,以过渡区为主。     

不同降雨模式下土质路基边坡渗流场研究

研究目的:降雨是路基边坡失稳最主要的影响因素,其中降雨模式是主要的影响参数之一。本文基于二维饱和-非饱和渗流理论,利用数值计算的方法对后峰型、均布型、中峰型和前峰型4种降雨模式下路基边坡渗流场的变化规律进行研究。研究结论:(1)降雨强度和降雨持时对路肩处最大孔隙水压力umax和最大饱和深度Hsmax均影响显著;(2)渗透系数ks对Hsmax的影响存在一个敏感区,在敏感区之内,增加ks才能有效减小Hsmax和路基表层孔隙水压力,ks太小或太大均对路基稳定性不利;(3)中峰型和前峰型降雨模式下,路基边坡稳定性最不利时段受渗透系数影响显著,ks在敏感区之内和敏感区域之外较小一侧时,此时间段起点不受渗透系数影响,只与降雨模式有关,此时间段终点随ks的增大而提前;(4)后峰型降雨模式下路基边坡的稳定性最差,前峰型降雨模式下路基边坡的稳定性最好;(5)本文研究成果可为路基边坡防护与加固方案设计提供依据。     

堆积层边坡人工降雨致滑的原位监测试验研究

降雨可引起堆积层边坡失稳。为了研究降雨入渗诱发堆积层滑坡的失稳机理以及边坡性状随时间变化的特性,选取贵州晴隆一个典型堆积层边坡进行人工降雨模拟试验和原位综合监测。结果表明:堆积层边坡在降雨入渗影响下多发浅层松弛型破坏,滑动变形区为坡面以下0~4 m之内,变形量以坡面最大,从坡面到坡体深部逐渐减小;在实施人工降雨2 h,平均入渗率为86%之后,入渗率由于地表径流的增加而随时间逐渐减少,一段时间(6 h)之后,入渗率降到一个相对稳定值(50%);降雨入渗造成土体中孔隙水压力增加,致使边坡土体的抗剪强度由于有效应力的减少及土体吸水软化而降低,降雨入渗的这一双重效应是降雨诱发堆积层边坡失稳的主要原因之一。     

环境因素作用下既有线铁路边坡失稳分析及治理技术

应用GEO软件通过数值模拟方法研究地下水、降雨以及地震等环境因素对边坡稳定性的影响,结果表明:当地下水位在滑移面以下时,孔隙水压力和渗透力对边坡稳定性的影响较小,反之则影响较大;随着降雨强度的增加,边坡水平及竖向有效应力呈减小趋势,降雨强度、降雨持续时间的增加导致边坡稳定性降低;当降雨强度小于土壤的入渗能力,降雨完全入渗时,边坡的稳定安全系数主要受降雨强度的影响;地震作用下产生的超孔隙水压力引起边坡的有效应力明显减少,在地下水位较高时减少幅度可达到50%。基于模拟分析结果,针对路基边坡失稳多发的问题,对边坡治理技术及其适用性进行了系统总结分析。     

土体参数对多级均质边坡滑动面的影响

基于极限分析上限法和强度折减技术,根据边坡极限平衡状态下内外能耗相等原理,推导多级台阶式边坡安全系数极限上限表达式。编制序列二次规划法程序,通过搜索边坡最危险滑动面及其对应最小安全系数,探讨土体参数对多级边坡滑动面形态和位置的影响。研究结果表明:多级边坡滑动面形态和位置分布受无量纲参数ηcφ=c/(γhtanφ)控制。当ηcφ为定值时,黏聚力c或内摩擦角φ任一值改变对滑动面位置均无影响,滑动面位置保持不变;当ηcφ增大时,边坡失稳模式由浅层破坏转变为深层破坏,滑动面由近坡面向边坡内部移动。同时,参数tanφ/Fs的值随着ηcφ增大而逐渐减小。ηcφ较小时,上陡下缓坡体外形不规则的边坡有可能发生局部失稳,且随着无量纲参数ηcφ的增大,边坡滑动面形态有从局部破坏逐渐变化为整体破坏的趋势。本文研究有助于工程实践中判断多级边坡潜在滑动面位置,快速确定多级边坡安全系数,对高大边坡工程实际的设计施工与防护具有实用价值。     

强降雨条件下非饱和粉土雨水渗透规律研究

由雨水渗透规律计算得到的雨水渗透体积是判断非饱和土粉土强度受降雨扰动的主要参数。提供一种强降雨条件下非饱和粉土雨水渗透规律的计算方法,可以根据降雨条件与土体性质预测非饱和粉土在降雨渗透过程中雨水渗透率随时间的变化规律。该方法通过扩展已有非饱和土渗透模型建立降雨渗透计算模型。在经典Green-Ampt模型基础上,根据土体含水量的不同和在降雨过程中出现顺序,依次将土体进行分层。采用毛细渗透公式与达西定律对降雨渗透过程分阶段进行计算,得到降雨渗透过程中雨水渗透率随时间的变化规律。与实验实测数据的对比表明,理论计算值与实验实测数据基本吻合,能较好的预测雨水渗透率变化规律。     

考虑降雨影响的框锚支护结构稳定性动态分析

研究目的:现有的框架预应力锚杆柔性支护结构(简称"框锚支护结构")的整体稳定性分析方法均未考虑降雨入渗的影响。为探索降雨入渗对框架预应力锚杆柔性支护结构稳定性的影响规律,基于Geo Studio软件,采用Van Genuchten模型对非饱和黄土的土-水特征曲线和渗透系数特征曲线进行拟合,进而对降雨条件下非饱和黄土边坡内部渗流场进行模拟,采用非饱和土强度理论确定黄土的强度,提出一种土体含水率变化时摩擦型灌浆锚杆极限抗拔承载力的计算方法,对降雨入渗条件下的框架预应力锚杆柔性支护结构的整体稳定性进行动态分析。研究结论:(1)锚杆锚土摩阻力和极限抗拔承载力随着土体含水率增大迅速降低;(2)降雨持时超过12 h后,雨水入渗对锚杆承载力的影响比较明显;(3)不考虑和考虑含水率变化对锚土摩阻力的影响,边坡安全系数变化差异较大;(4)降雨入渗对框架预应力锚杆柔性支护结构的整体稳定性影响不容忽视,分析时应考虑含水率变化对锚杆极限抗拔承载力的影响;(5)本研究成果能为非饱和黄土地区框架预应力锚杆柔性支护结构考虑降雨影响的设计和施工提供指导。     

黄土湿化特性的三轴试验研究

研究目的：本文旨在通过三轴试验，研究黄土湿化应力应变关系、强度特征及影响因素。 研究方法：通过等围压固结湿化试验和三轴剪切湿化试验进行研究。 研究结果：获得不同围压条件下固结湿化变形随时间变化规律，初始含水量、压实度的影响规律；获得不同应力水平下湿化应力应变关系、剪切湿化变形规律以及湿化对强度的影响等成果。 研究结论：（1）湿化变形受初始含水量及压实度的影响很大；（2）湿化条件与不浸水条件下，应力一应变关系均表现为应变硬化特性；（3）剪切湿化体积变形随应力水平的增加而减小，轴向变形随应力水平的增大而增大；在同一应力水平下，体积变形与轴向变形均随平均主应力的增大而减小；（4）湿化不仅降低了黄土的强度，也降低了黄土达到破坏时的应变。     

地下水与边坡开挖对滑坡稳定性影响的分析

以一滑坡治理为工程背景,根据工程勘察结果确定滑动面形状与位置,采用推力传递系数法,进行了在地下水和边坡开挖影响下的滑坡稳定性分析。结果表明:该方法能定量分析地下水与边坡开挖对滑坡安全系数的影响,滑坡稳定性随地下水位的上升而降低,但这种变化关系并不是单纯的线性变化,其降低幅度还受降雨强度和降雨时间的影响。在其他因素不变的情况下,地下水位的高低对滑坡稳定性起到主要作用,坡脚开挖卸荷进一步降低了滑坡稳定性。