降低滑坡地下水位的充气截排水法最佳充气压力研究

 充气截排水技术拟在潜在滑坡后缘或长边坡坡体上进行充气,在后缘来水路径上形成非饱和区,截断后缘汇水或减少后缘水流向坡体内的入渗,从而降低坡体内的地下水位,提高边坡的稳定性。为了探讨充气气压对充气截排水效果的影响,通过二维数值模型对不同气压下坡体水位变化进行分析,并通过物理模型试验对数值模拟结果进行验证,得出如下结论：在坡体中充气能显著降低坡体地下水位,截流减渗效果明显;对于特定坡体,存在与之对应的截排水起始充气压力和最佳充气压力;只有当充气压力大于截排水起始充气压力时,充气截排水才有效果,坡体前缘水位才会下降;当充气压力介于起始充气压力和最佳充气压力之间时,随着气压的增大,坡体前缘水位不断降低,充气截排水效果随气压增大而增大;当充气压力大于最佳充气压力时,充气截排水效果随气压增大而减小。     

充气截排水影响因素数值模拟

充气截排水通过向坡体后缘注入高压气体驱替部分地下水,形成非饱和区域,降低土体的渗透性,大大减少边坡后缘向边坡前缘的入渗量,降低潜在滑坡体内地下水位。土体中多孔介质的多相渗流问题很复杂,模拟技术往往是一种重要的研究方法。本次利用岩土工程软件Geo-Studio对影响充气截排水的部分因素进行了模拟,研究了充气点上覆土层厚度以及渗透性大小对截排水效果的影响。结果表明:模拟结果显示,充气截排水确实能起到截排后缘来水,降低坡体地下水位线的作用;充气点上覆土层在一定厚度范围内,厚度越大,其效果越好。超过该厚度范围,则截排水效果反而变差;充气点上覆土层渗透性对截排水效果有重要影响,且渗透性越小,截排水效果越好。     

坡体充气过程中气水两相流数值模拟

依据多相渗流和非饱和土理论,提出在潜在滑坡区后缘进行充气形成非饱和区,截排斜坡后缘来水向潜在滑坡区入渗,以降低潜在滑坡区的地下水位,提高边坡稳定性。采用长边坡二维有限元数值模拟方法,研究充气过程中坡体非饱和区气–水两相流运动特征和地下水位变化规律,为充气截排水技术运用于实际工程提供理论指导。通过分析充气点下游边坡地下水位的变化规律,论证充气截排水方法具有可行性;基于充气过程中非饱和区的扩展过程分析,将充气截排水分为3个阶段,即充气点附近非饱和区形成与扩展阶段、充气形成的非饱和区局部越过地下水位线的不稳定两相流阶段和充气形成的非饱和区基本稳定的截排水工作阶段;发现了充气过程中非饱和区孔隙气压力、孔隙气流速度、孔隙水渗流速度和体积含水量会随时间发生波动性变化,且四者的变化具有良好的相关性,当孔隙气压力随时间增大时,孔隙气体流速也随时间增大,孔隙水渗流速度和体积含水量则随时间减小,反之亦然,此规律的形成主要是气-水的流动性差异和相互驱动作用的结果。     

充气截排水滑坡治理数值模拟研究

依据充气排水原理和非饱和渗流理论,提出在后缘水入渗路径上设置充气孔进行充气排水,从而形成非饱和截水帷幕的滑坡治理方法。气排水过程属于多项渗流问题,是一个非常复杂的气–水两相流过程,以渗流力学为基础,建立气–水两相渗流模型描述流体在地层中真实的物理过程。通过有限元方法对充气截排水方法的可行性和影响截排水效果的影响因素进行模拟分析。分析得出如下结论:气体主要沿着水位降低的方向扩散,后缘来水的渗流方向大部分发生改变而流向坡面,充气排水形成的非饱和区截排水效果良好;气排水存在启动压差,渗透系数越小,启动压差越大;充气气压越大,截排水效果越好;渗透系数和孔隙率对截排水效果无影响。     

双向节理岩石边坡稳定性的随机数值分析

利用蒙特卡罗随机数值模拟方法,对双向节理岩石边坡的稳定性进行了计算分析,结果表明,坡角越小,孔隙水压力越小,岩石边坡安全系数分布值越大,且孔隙水压力对安全系数的影响作用更大。因此,和人工削坡相比,排水措施是提高岩质边坡稳定性更为有效和经济的方法。     

降雨强度对边坡稳定性影响的数值模拟研究

影响边坡稳定性的因素很多,利用数值模拟分析方法研究了降雨历时、降雨强度对边坡稳定性的影响.模拟结果表明,在相同坡角、相同降雨时间时,降雨强度越大,安全系数下降越快,土中孔隙水压力变化越快,土体位移变化越大,边坡稳定性降低越快;降雨强度大的边坡滑动要先于降雨强度小的边坡,降雨强度越大土体越先达到稳定状态,降雨强度大的边坡的入渗深度总是大于降雨强度小的边坡的入渗深度,降雨强度大的边坡安全系数始终低于降雨强度小的边坡的安全系数.     

滑坡应急治理充气截水方法

大多数滑坡的降雨入渗汇水区在滑坡后缘山坡,后缘的地下水入渗才是导致滑体地下水上升的关键因素。通过气驱水理论分析,并依据土体具有随饱和度降低导水性迅速降低的特性,提出利用充气驱水法在入渗路径上形成含有压气体的非饱和区截水帷幕的构想,并通过数值模拟分析和物理模型试验,得出充气截水减渗效果明显的结论。     

复杂工况下成层土坡的稳定性研究

为研究地震和地下水位骤降对成层土坡稳定性的影响,应用有限元软件Geostudio对其进行数值模拟。研究结果表明,地震加速度越大,边坡安全系数越小,且二者之间可用二次函数很好的拟合。边坡安全系数受地下水位变化的初始位置影响较大,初始位置越高,边坡安全系数越低,并且当上土层(土性较差)厚度大于坡高时,滑动面出口从坡脚向坡底移动,入口基本保持不变,滑动体体积增大。     

光纤传感技术在边坡模型试验中的应用

 关于边坡模型的坡体变形监测较为困难,将光纤传感技术应用于边坡模型试验尝试解决这一问题。构建边坡模型进行人工降雨试验,采用光纤布里渊散射光时域反射测量技术(BOTDR)监测坡体变形和光纤光栅(FBG)传感技术监测坡面变形。将BOTDR光纤分层埋入坡体不同位置,以边坡后缘模型箱为固定的参照点,监测坡体内不同位置的应变变化;将光纤光栅传感器铺设在坡面的不同位置,以坡面后缘为固定参照点,监测坡面各位置处位移变化。根据降雨前、降雨过程中及降雨后变形记录资料,得到边坡在降雨作用下的变形规律：在降雨初始一段时间内,边坡并没有明显变形,随着降雨时间的发展,坡体和坡面位移会出现突发性的大幅度增长,并且距坡面较近的土体产生较大的变形,坡体底部变形较小。总体规律是随着坡体深度的增大,坡体变形受降雨入渗的影响越来越不明显,这解释了降雨诱发的均质土坡破坏容易出现在浅层的原因。在坡面上,后缘产生较大位移,而坡体前端位移较小。降雨停止后,部分变形值会变小。试验结果表明,用光纤BOTDR和FBG传感技术监测有众多的优点,且光纤传感技术在岩土模型试验中具有良好的应用价值和前景。     

大岗山水电站边坡抗剪岩-洞相互作用研究

大岗山水电站右岸边坡地质条件复杂,地应力较高,发育有辉绿岩脉、中倾坡外的断层、卸荷裂隙密集带等不利组合体,边坡稳定性问题极为突出。将实际微震监测技术与有限差分数值软件FLAC^3D结合,对抗剪洞加固前、后的边坡稳定性以及岩-洞两体的相互作用进行分析。指出边坡开挖过程中岩体空间损伤劣化的微震活动规律和可能发生坡体失稳的潜在滑动面位置。研究发现抗剪洞起到了很好的加固作用,加固后潜在滑体产生的位移几乎不到加固前的一半、坡体的安全系数提高了36.2%及微震监测得到的微震事件降低了约66.4%。     

地震动特性对边坡动力响应影响的研究

利用时程分析法对均质岩石高陡边坡进行数值模拟研究地震波的周期、持时和幅值三要素对边坡坡面水平和竖直方向峰值加速度放大系数与相对高程之间关系的影响。针对不排水条件下的线弹性边坡得到的结果表明:在相对高程一定的情况下,周期越大,坡面水平峰值加速度放大系数越大,而幅值越大,坡面水平峰值加速度放大系数反而越小;同时在相对高程一定的情况下,周期或者振幅越大,坡面竖直峰值加速度放大系数越大。持时对于边坡坡面水平和竖直峰值加速度放大系数与相对高程的关系无明显影响,只是影响不同高程位置两个方向上的变化速率,但对其整体的变化趋势和变化值影响不大。     

顺层挖方边坡松弛区及稳定性数值模拟分析

为有效的研究砂泥地互层的顺层坡体在人类开挖工程影响下的失稳特征,本文以山西省长晋高速公路K31+160~K31+460段顺层滑坡为例,通过Geo-slope软件数值模拟了该顺层坡体在边坡开挖后,防护工程没有及时对坡体损失的稳定度进行补偿,造成坡体的自身锁固作用削弱,使坡体在自身势能作用下发生的松弛范围,及坡体沿处于塑性变形区的软弱层发生滑动变形的特征进行了数值模拟;并根据后续工程为有效的补偿或提高坡体的稳定性,根据施做工程对坡体的位移、应力等进行有效限制、防止坡体由于蠕变及松弛而导致坡体中塑性区出现直至贯通的情况进行了有效的数值模拟。依据8年来坡体的良好稳定性证明,通过数值模拟指导顺层挖方边坡的工程治理是有效的,对顺层挖方边坡松弛区及坡体在工程加固前后的稳定性数值模拟分析是合理的,可行的。     

不同降雨条件下顺层边坡力学响应模型试验研究

 为研究降雨条件对顺层边坡坡体内部力学响应特征的影响,结合叠加喷洒降雨技术和光纤光栅监测技术,开展不同降雨类型及支护条件下顺层边坡的地质力学模型试验,分析雨水入渗对于坡体位移、孔压力以及支护结构受力的影响等。试验结果表明,对于无支护边坡,在短时间暴雨条件下,位移和孔压力变化主要发生在降雨期间的坡体表层附近,坡体表层前端处雨后位移的增幅较大且孔压力的消散较快,坡体稳定性的主要影响因素是超孔压的累聚和消散;在长时间小雨条件下,位移和孔压力的影响范围逐渐向深部扩展,雨后位移仍保持较大的增长速率但孔压力消散较慢,坡体稳定性的主要影响因素是雨水入渗软化软弱夹层。相对于无支护边坡,有支护边坡的坡体位移和孔压力均显著减小,这主要是由于支护结构的施加限制坡体表面裂缝的扩展,从而减弱雨水的入渗,在总降雨量相同的情况下,短时间暴雨条件时支护结构的受力较快达到稳定,长时间小雨条件下支护结构的受力调整的速率较慢,在降雨试验结束6 h后,坡体前端推力最大值出现的位置不同,前者最大值出现在顶层,后者最大值出现在中层,且后者相应位置处的数值是前者的1.5～1.7倍。试验成果对于类似边坡工程的施工设计及加固维护具有参考意义。     

强降雨下元磨公路典型工程边坡稳定性研究

根据饱和非饱和降雨入渗有限元模拟技术和非饱和土强度理论,研究考虑非饱和区强度变化及饱和区渗透力影响的降雨过程边坡稳定性强度折减分析法.将此方法应用于元磨公路K261段典型滑坡体工程边坡,进行降雨过程边坡变形情况及稳定性变化分析.分析结果表明:在强降雨条件下,地表水入渗将直接导致非饱和区范围缩小、压力水头升高及局部暂态饱和区出现;考虑非饱和区强度变化及饱和区渗透力影响,降雨入渗时边坡稳定性将明显下降;现实施的抗滑桩、预应力锚索等加固结构对提高工程边坡稳定性有重要作用,但目前边坡稳定程度仍处于较低的安全裕度状态;连续降雨同时存在地震的极端条件,边坡可能再次失稳滑移.加强坡面防渗坡体排水对提高边坡稳定性具有重要作用.为确保工程边坡长期稳定,建议在6级工程边坡平台位置局部增设预应力锚索抗滑桩.     

格构梁联合锚杆加固岩质边坡的稳定性分析

格构梁联合锚杆支护是岩质边坡的常用支护形式,其稳定性分析一直是研究的重点。以广东某地岩质边坡为例,采用FLAC 3D岩土工程数值模拟软件计算分析边坡稳定性、最大位移量及其潜在滑移位置,分析结果表面边坡加固后达到基本稳定状态,边坡最大位移发生在暴雨作用下第一级边坡的中下部,位移计算结果与监测数据基本吻合,极限状态下潜在滑移面位于坡面位置处于第一级边坡范围内。研究成果可为该边坡监测和治理设计提供依据,也可为今后类似工程边坡的稳定性分析提供参考借鉴。     

基于极限平衡法和FLAC~(3D)的陕南地区某边坡稳定性分析

为了研究陕南地区边坡的稳定性,选取某处典型边坡进行研究。通过运用FLAC3D数值模拟软件和极限平衡方法,结合工程实际,根据极限平衡法分析典型边坡的稳定性系数,并且建立模型,进行滑坡的数值模拟,得到水平方向的位移云图和水平方向的应力云图。结果表明,该边坡的三级坡存在着滑动趋势,一二级坡体稳定,应该对该地区同类坡体采取加固措施。     

缓倾角红层路堑高边坡应力状态与防护研究

在公路建设中，高边坡越来越成为工程界所面临的一大难题。由于其岩体结构的复杂性，将给边坡稳定性及防护带来一定的困难。以四川红层地区某高速公路建设中的路堑开挖高边坡为原型，采用有限元数值模拟技术，研究了高度为40，50，60，70，80m，坡比分别为1：0．5，1：0．75，l：l，l：1．25，l：1,5的开挖路堑高边坡应力状态。研究结果表明，边坡开挖后剪应力集中带随边坡的坡率由陡变缓而由坡脚向坡顶方向迁移，边坡的潜在破坏面随坡度的由陡变缓而向坡体上部迁移，即当坡体坡比陡于1：0．75时坡体剪应力集中在坡脚附近，当坡体开挖坡比缓于1：0．75时剪应力集中位置不在坡脚而在坡体的中上部。依据此结论，提出红层地区开挖路堑高边坡合理的防护模式，可供设计者参考。     

交界面形态特征对边坡滑移面的影响研究

二元结构边坡中交界面形态特征对边坡潜在滑移面位置及型式影响较大。交界面形态特征包括表面形态及交界面与边坡坡面之间的空间交接关系,本文通过数值模拟再现了交界面形态特征对二元结构边坡潜在滑移面位置及滑面型式的影响。研究结果表明:交界面与边坡坡面之间的空间交接关系一定时,交界面表面形态越光滑平直,二元结构边坡潜在滑移面位置受交界面的控制越大,滑移面沿着交界面滑动的可能越大;当上交界面一定(在圆弧下方)时,随交界面表面粗糙度的增大,上部滑移面从沿着交界面发生破坏转变成上部发生旋转滑移,下部沿着交界面破坏,滑移面的型式由"折线"型变成"圆弧+直线"型;分析讨论了当下交界面一定时,上交界面型式与摩擦系数对潜在滑移面位置的影响。     

泸定大渡河桥隧道锚边坡稳定性三维数值分析

为了对泸定大渡河悬索桥隧道式锚碇边坡的稳定性进行深入分析,基于坡体结构特征并考虑施工过程,采用FLAC3D数值模拟软件对该边坡在主缆超张拉、暴雨、地震等不同工况下的坡体变形及潜在失稳模式进行了三维模拟分析。结果表明:静力条件下不同缆力对隧道锚边坡浅表层的变形及其失稳破坏模式几乎没有影响,不同缆力作用下浅表层安全系数为1.45;随着缆力的增大,锚碇周围深部岩体安全系数逐渐变小(3.75→3.55→3.2→2.9),且深部岩体潜在滑面与缆力作用线的夹角逐渐变小;除了在地震工况下坡体表面稳定性较差之外,其他工况边坡稳定性、隧道及隧道锚稳定性均较好;隧道、隧道锚及桩基承台的施工对边坡稳定性影响较小,边坡支挡结构的施作有效提高了边坡稳定性。     

裂隙边坡降雨入渗及稳定性分析

为探讨降雨条件下裂隙边坡的渗流及稳定性,选取典型斜坡体的概化模型为研究对象,基于岩土体饱和-非饱和渗流理论,模拟不同裂隙深度和降雨时效下边坡土体孔隙水压力分布及稳定性变化。研究结果表明,坡体裂隙的存在导致雨水迅速入渗,改变了坡体水流的入渗过程和路径;裂隙周围土体孔隙水压力急剧增加,土体有效应力减小,导致土体强度降低;不同深度的裂隙边坡在相同降雨强度下,裂隙越深,边坡稳定性系数下降越快,即越易失稳。