降雨条件下成层土质边坡的渗流特征

以东南沿海地区广泛分布的坡积土-强风化岩成层边坡为背景,基于饱和-非饱和渗流理论,通过一维、二维成层边坡有限元渗流计算,得到在不同降雨条件下坡积土层厚度对含水率、孔隙水压力沿高程分布的影响规律,以及坡积土层厚度、边坡坡比对二维边坡不同截面的降雨入渗深度的影响。研究结果表明:降雨入渗深度与坡积土层厚度成正比,且坡积土厚度对含水率的影响程度与降雨强度有关;降雨强度与边坡土层饱和渗透系数的关系决定孔隙水压力的分布特征;坡积土层越厚,其各个截面的降雨入渗深度越大,而且边坡坡比越大,其底部截面的降雨入渗深度越大,边坡上部及中部截面受坡比影响较小;边坡土层结构对其在降雨作用下的含水率分布变化影响显著。     

降雨诱发双层土坡地下水上升及稳定性分析

降雨入渗使土坡坡体内孔隙水压力增加,水位上升而导致边坡稳定性下降。建立两种双层土坡模型,分别研究在暴雨、大雨和小雨三种情况下坡体内孔隙水压力变化规律;同时分析降雨引起地下水上涨的运动特性及土坡稳定性变化。研究结果表明:不同类型土质边坡在降雨情况下土体孔隙水压力变化规律是不一样的,雨水入渗的深度也不同;降雨过程中,上层为低饱和渗透性土体下层为高饱和渗透性土体的边坡接触面上孔隙水压力比临近土体的孔隙水压力大,这不同于均质边坡。降雨情况下,土体性质和降雨特性对地下水上涨的运动规律和边坡稳定性有重要的影响。     

降雨条件下边坡地下水运动规律

为了研究降雨对边坡渗流场孔隙水压力分布的影响,根据岩土饱和-非饱和渗流理论,利用SEEP渗流有限元程序计算给定降雨条件下孔隙水压力的分布,结合一个土坡算例,探求降雨强度、降雨持时以及土壤渗透系数等参数变化对渗流场的影响。通过记录坡肩处孔隙水压力变化,得到不同降雨类型下雨水入渗深度的规律;并记录下坡体内孔隙水压力随时间的变化规律,得到持续降雨条件下不同时刻坡体内孔隙水压力分布特点,可以为边坡的稳定性分析和滑坡预测提供依据。     

降雨对岩土边坡稳定影响的实例分析

以建始县红土坪新城区红土中路K1+140-360右侧安置点边坡为例,采用有限元强度折减法及Mohr-Coulomb屈服准则对边坡进行数值模拟,分析不同降雨入渗时间岩土边坡渗流路径、渗流速度和孔隙水压力对岩土边坡稳定性的影响.计算结果表明:随着降雨时间的持续,岩土边坡卵石土层中的渗流路径进一步向水平向倾斜,中风化砂岩层中的入渗深度进一步增大,开始在坡脚处产生水平向的渗流,坡体内地下水的流动速度加快,对渗透通道里面的岩土体(卵石土层、强风化砂岩层)中产生冲刷,造成细颗粒的流失,从而导致整个开挖边坡的稳定性急剧下降.持续降雨作用下,边坡土体含水率急剧增加,进而饱和,导致边坡土体基质吸力下降,开挖边坡的稳定性降低.     

降雨条件下粗粒土高路堤边坡暂态饱和区形成条件及影响因素

为了分析降雨条件下暂态饱和区形成条件和影响因素,首先建立粗粒土高路堤边坡一维数值计算模型,探讨粗粒土高路堤边坡暂态饱和区的形成条件;通过建立二维数值计算模型,分析降雨强度、降雨时间、渗透系数以及初始表面基质吸力等因素对暂态饱和区形成的影响。研究结果表明:暂态饱和区的形成过程受降雨时间以及降雨强度共同控制,当雨水在边坡表层的入渗流速大于其土体内部出渗流速时,土体体积含水率升高,边坡出现暂态饱和区;在降雨过程中,边坡表层土体中水的流速最终达到与降雨强度基本一致(流速与降雨强度量纲相同),边坡表层土体的体积含水率与降雨强度有关;在降雨过程中,粗粒土高边坡坡脚位置的体积含水率增大最快,该处暂态饱和区出现时间最早,范围最广;降雨强度、初始表面基质吸力对暂态饱和区的形成时间以及深度影响较大,渗透系数的影响较小;在降雨强度相同时,初始表面基质吸力越大,雨水入渗的深度越大,暂态饱和区的范围越广。     

饱和渗透系数空间变异性对边坡稳定性的影响

研究了降雨雨型、雨强和持时对边坡孔隙水压力分布的影响以及降雨入渗条件下饱和渗透系数的空间变异性对孔隙水压力、含水率、抗剪强度参数、局部安全系数等参数空间分布的影响。研究结果表明,降雨特性对边坡孔隙水压力的影响较大;受渗流主方向影响,降雨条件下饱和渗透系数的水平波动尺度对孔隙水压力及含水率的变异性影响小于竖向波动尺度,降雨致滑坡的临界滑面基本与坡面平行且深度较浅;随着饱和渗透系数水平波动尺度的增加,滑坡深度随之增大,从总体上坡体上部局部安全系数随饱和渗透系数竖向波动尺度的增加而减小。     

降雨作用下南水北调膨胀土渠道稳定性及影响因素

南水北调中线工程膨胀土渠道超过全长的四分之一,降雨是诱发膨胀土渠坡失稳的主要外因.对比分析了考虑非饱和渗流对边坡稳定性的影响,基于有限元方法计算降雨作用下渠道的饱和-非饱和渗流场,分析其边坡的安全系数和位移的变化规律,最后通过正交试验和灰色关联理论对渠道边坡稳定性的影响因素进行敏感性分析.研究结果表明:考虑非饱和渗流下边坡稳定性分析结果更切合工程实际;降雨过程中,边坡浅层一定深度内土体的孔隙水压力迅速增大,这一土体范围随着降雨强度增大和时长增加逐渐向深部扩展;降雨对堤顶向下0～2.5 m范围和一级马道向下0～5 m范围内土体含水率的影响较大,降雨强度的影响大于降雨时长;降雨导致土体吸水膨胀,位移出现轻微的回弹;渠坡的安全系数随着降雨持续逐渐减小,并且降雨强度越大,降幅越大;影响边坡稳定性因素的敏感性排序:黏聚力＞内摩擦角＞饱和渗透系数＞降雨强度＞降雨时长＞土体重度.研究结果可为南水北调工程加强渠道稳定性提供依据.     

基于降雨入渗试验的黄土边坡稳定性研究

降雨入渗是黄土地区边坡失稳破坏的最主要诱发因素,选取陕西关中地区典型黄土边坡为研究对象进行人工降雨试验,分析了黄土边坡降雨入渗规律及边坡破坏机理,并采用有限元软件对降雨入渗作用下孔隙水压力、最大剪应力以及稳定性进行了数值模拟.试验结果表明,边坡土体的渗透系数与孔隙水压力呈指数函数关系,边坡土体的含水率与孔隙水压力呈移动平均函数关系,坡体垂直入渗深度比水平入渗深度要高,且入渗速率也存在差异.同时,边坡稳定性数值分析表明,随着降雨历时增长,坡体安全系数逐渐降低直至发生失稳.     

降雨条件下粗粒土高路堤渗流特性

为了分析降雨条件下粗粒土高路堤的渗流特性,基于饱和-非饱和渗流理论,结合室内试验渗透系数数据与实际气候条件,对算例边坡在设计降雨方案条件下孔隙水压力、体积含水率以及暂态饱和区的变化规律进行研究。研究结果表明:在降雨过程中,一定深度内的边坡表层孔隙水压力与体积含水率逐渐增大;降雨停止后,孔隙水压力与体积含水率才开始沿着坡面向下逐渐恢复到初始状态;当降雨持续5 h时,路堤边坡表层及坡脚水平面会形成一定范围的暂态饱和区;降雨停止4 h后,暂态饱和区面积达到最大值374.5 m2;随着时间持续,暂态饱和区沿路堤边坡坡面迅速消散,暂态饱和区的形成与消散均表现出明显滞后特点;暂态饱和区的扩展深度与降雨时间呈正比例关系;在整个降雨过程中,雨水入渗对路面以下地下水位线影响有限。     

一种裂隙土的双重入渗模型及对边坡稳定的影响

在降雨条件下,裂隙的存在为雨水在土中的入渗提供了优势通道,导致雨水在裂隙土坡中的入渗具有不均匀性;裂隙会优先饱和,使得裂隙网络和基质存在水头差,导致基质和裂隙网络存在横向的水流交换.文中将裂隙土表示为由裂隙网络和基质共同组成的双孔隙系统,基于双孔隙模型的Richard渗流方程和伽辽金法,分别求得基质和裂隙网络的压力水头分布,并与Hydrus-1D的计算结果进行了对比分析,验证了该方法的合理性.同时发现,基质和裂隙网络的湿润峰面分布不同,前者陡直,后者平缓.边坡稳定性分析表明,基质宽度越大,雨水入渗影响边坡稳定性的范围越深;当基质宽度变小时,雨水入渗接近均匀入渗,雨水入渗影响稳定性的深度变小,但是饱和度的增加使得浅部土体的抗剪强度降低更大.     

降雨条件下拓宽路堤稳定性数值分析

基于非饱和渗流理论,在有限差分软件FLAC3D渗流模块的基础上,采用内置FISH语言自编程序实现了降雨条件下拓宽路堤上饱和-非饱和渗流过程的模拟,进而分析了降雨入渗对拓宽路堤孔隙水压力和饱和度的影响,以及土工格栅加筋和填料渗透系数对降雨条件下拓宽路堤稳定性的影响.研究结果表明:降雨初期路堤土体基质吸力迅速降低,边坡最先达到饱和状态,形成暂态饱和区;考虑降雨入渗影响时,拓宽路堤安全系数明显减小,土工格栅加筋可有效减小降雨入渗对拓宽路堤稳定性的影响;新路堤填料渗透系数对降雨条件下拓宽路堤稳定性的影响较大,实际工程中应保证路堤填土的压实度并采取边坡防护措施以减小雨水入渗的影响.     

强降雨条件下电石渣堆场失稳特性研究

电石渣具有粒度细,碱性强,堆积时,表面易脱水松散,下部易固结。为分析电石渣堆场入渗及失稳破坏规律,基于相似理论与量纲分析法,建立弱透水基岩堆积体试验模型,研究了不同降雨强度下孔隙水压力、土压力及位移响应规律,得到了电石渣堆场破坏机理,并与Geo-studio有限元模拟相互验证。结果表明：孔隙水压力与土压力随着降雨强度增强而增加,且土压力响应最为迅速,堆积体不同位置入渗速率不同,坡脚>坡顶>坡中。不同雨强条件下,位移变化情况相反。随着降雨持续,堆场表面浆体溢流,在弱透水界面形成滞水层,发生浅层失稳破坏。大暴雨条件下,坡脚牵引失效与滞水层作用相结合导致失稳,暴雨条件下主要为滞水层作用导致堆场沿弱透水层发生浆体溢流直至滑动破坏。研究结果可为堆场稳定性分析评价提供参考。     

不同干密度压实黄土垂直积水入渗特性

为探究受干密度变化影响下的压实黄土垂直积水入渗特性,以延安黄土为例,利用自主研发的一套一维土柱垂直入渗试验装置,设置三组不同干密度压实土柱进行常水头积水入渗试验。结果表明：入渗率和湿润锋前进速率与压实黄土干密度存在负相关性,导致相同积水入渗时段,干密度越大,累积入渗量越少,湿润锋前进距离越短;干密度变化对入渗率影响主要体现在积水入渗前期,随时间推移影响程度逐渐减小;积水入渗试验中,同一深度相邻传感器响应时间间隔与压实黄土干密度存在正相关性,且干密度越大,土体增湿过程越相对缓慢;试验土体增湿过程中,渗透系数逐渐增大,介于10-9～10-4cm/s之间,当体积含水率在20%～30%时,渗透系数受干密度变化影响不明显,当体积含水率大于30%,干密度越大渗透系数越小;压实黄土增湿稳定时,体积含水率小于饱和态,渗透系数近似等于饱和渗透值。     

降雨入渗条件下边坡湿陷变形的数值模拟

降雨入渗是边坡发生失稳滑动破坏的主要因素之一为研究降雨入渗条件下边坡湿陷变形的基本特性,采用修正的巴萨罗那模型（BBM）和非饱和多孔介质力学理论,建立了基于弹垫性分析的非饱和流固耦合计算模型,开发相应的有限元程序,进行降雨入渗下非饱和土边坡渗流场和应力场耦合的数值分析,研究了降雨持时、降雨强度以及饱和渗透系数对边坡渗流和变形的影响．结果表明：该计算模型能够很好地反映边坡的湿陷变形特性,最大湿陷变形发生在坡面拐角及坡顶位置．降雨强度和土体饱和渗透系数的大小对边坡内孔压和位移影响显著：在降雨强度小于饱和渗透系数时,坡内孔压及位移随降雨强度的增大而增大;当饱和渗透系数小于且接近降雨强度时,坡内孔压和位移增量明显增大;而当饱和渗透系数远大于或小于降雨强度时,坡内孔压及位移变化量则较小．     

上覆强透水层的双层土质边坡降雨入渗特征

为研究浅层强透水的双层土质边坡降雨渗流特征，建立均质粉土与砂土-粉土的土柱、边坡模型，依据基质吸力与含水率的控制方程，分析了土层渗透性、地下水、坡度对饱和区成形影响.结果表明:砂土-粉土柱产生饱和区，既因土层渗透差导致雨水在砂土底层蓄积，又因粉土表面的渗流速度陡降；砂土-粉土边坡饱和区在土层界面首先产生，在纵向上以界面为中心逐渐往各土层内扩展，同时沿土层界面往坡顶上发展，其延伸长度随着地下水位升高而逐渐增大，但地下水位2m与1m时，坡度越大，延伸长度越小；地下水位与坡度均影响土层界面的初始饱和度.     

降雨条件下饱和-非饱和土坡的渗流分析

运用饱和-非饱和渗流有限元法模拟降雨条件下饱和-非饱和土坡暂态渗流场的变化情况,分析降雨强度、降雨历时以及土壤饱和渗透系数等参数对非饱和土坡基质吸力的影响.分析结果表明:当饱和渗透系数较大、降雨强度小时,降雨入渗充分,孔隙水压力梯度变化大;饱和渗透性小时,降雨影响的深度变浅,基质吸力逐渐丧失;降雨初期,孔隙水压力梯度变化最明显,在降雨8 h之后,基质吸力完全丧失,对于土坡稳定安全不利.     

降雨渗流场分布下边坡稳定性影响因素的探究与分析

针对降雨入渗条件下的边坡稳定性问题,采用非饱和土理论进行了降雨入渗过程的数值计算研究,围绕降雨强度、渗透系数对边坡稳定性的影响进行了4个算例的计算与分析.利用Geo-Studio软件进行了数值模拟,主要研究结论为:(1)土体的基质吸力有利于边坡的稳定,忽略基质吸力得到的结果会严重偏小;(2)降雨强度对低渗透性模型的影响不明显,对于高渗透性模型的影响较大;(3) 坡角处以及坡顶处会出现应力集中,且土体在该位置处的强度较低.上述研究能够为实际工程中边坡的防治提供一定的技术支持.     

考虑气相作用的降雨入渗对非饱和土坡稳定性的影响

为了精细分析降雨入渗对非饱和土坡稳定性的影响,在考虑气相对降雨入渗过程的影响基础上,利用水-气二相流模型模拟入渗水流驱替土壤空气的水-气二相流过程,计算降雨入渗下土坡的孔隙水压力、孔隙气压力、基质吸力和含水量的变化;并建立了同时考虑由有效黏聚力、净法向应力,还有基质吸力引起的强度对边坡稳定的影响的非饱和土坡稳定分析模型．通过算例分析得出：无论是否考虑基质吸力的作用,由于降雨入渗改变了土体的净法向应力和土的容重,使得非饱和土坡的安全系数降低,而后的蒸发作用会使土坡的安全系数有所增大;在相同的渗流条件下,基质吸力的作用使同一滑动面上的安全系数增大．     

降雨入渗对三维刚架桩边坡渗流稳定性的影响

开展降雨入渗对三维刚架桩边坡渗流稳定性影响的数值分析研究,考虑长时小雨及短时强降雨,从土体位移、坡体孔压及边坡稳定性演变角度,重点讨论降雨入渗条件下刚架桩边坡的合理桩间距,以期为雨水充沛的福建山区刚架桩边坡设计提供参考。结果表明：三维刚架桩边坡土体位移受降雨条件影响显著,随着降雨强度和持续时间的增加,土体水平位移和竖向位移依次增加;降雨条件下三维刚架桩边坡坡体内孔隙水压力分布具有明显的时空效应,短时强降雨条件下,坡顶孔压增幅最大,降雨强度的持续增加导致刚架桩边坡安全系数降幅也增大;桩间距对刚架桩边坡的渗流稳定性有显著影响,无降雨时边坡的安全系数随桩间距增大而减小;基于研究区降雨特点及暴雨频次呈现逐年递增现象,应将桩间距设为3倍桩宽,以充分发挥短时大雨情况下刚架桩的抗滑效果。     

裂隙性质对含裂隙基坑土坡渗流特性影响数值模拟研究

针对以系统裂隙性质对含裂隙基坑边坡渗流特性的影响,利用Geo-studio软件对不同裂隙特性含裂隙边坡的渗流特性影响进行数值模拟,结果表明:降雨条件下含裂隙边坡裂隙面孔压及体积含水率上升幅度及范围要大于完整边坡,且湿润锋进展的更加彻底;不同深度下,裂隙的深度越深,裂隙内部的高孔压及体积含水率区越大,同时最大孔压也越大;...