碎石土渗透特性对滑坡稳定性的影响

结合工程实践，通过现场工程地质调查与勘探和室内外物理力学试验，采用数理统计分析方法和不平衡推力法，对碎石土的一般物理力学特性、渗透特性以及碎石土滑坡中地下水管网状排泄系统对滑坡稳定性和失稳破坏的作用机制进行分析和研究。结果表明，碎块石粒组的含量和以粉粒、黏粒为主的细粒土粒组的含量对碎石土渗透系数影响最大且最为显著，碎石土的渗透系数分别随土中碎块砾石粒组含量和小于0．1mm粒径的细粒土粒组含量的增加而呈自然指数增大和降低；碎石土滑坡中地下水管网状排泄系统对天然边坡的稳定起关键作用；当碎石土滑坡中地下水管网状排泄系统遭受破坏和堵塞时，地下水位将明显上升，从而使潜在滑面的孔隙水压力及下滑力明显增大，导致边坡稳定性系数极大地下降，甚至使边坡失稳解体破坏。     

管网渗流系统对含碎石粘性土边坡的稳定作用

坡脚开挖或坡面堆载时,含碎石粘性土边坡经常发生滑坡。此类滑坡的发生机理不仅与边坡力学条件的改变有关,还与水文地质条件的改变有关。在含碎石粘性土边坡中常常发育有地下水管网渗流系统,它对控制坡体地下水位上升有重要的作用,是保持边坡稳定的重要因素。当坡脚开挖或坡面堆载引起坡体局部破坏时,原有的地下水管网渗流系统可能遭到破坏,从而导致坡体地下水位明显上升而产生滑坡。通过滑坡地质调查和稳定性计算分析,揭示了管网渗流系统的发育特点及其对边坡稳定性的影响,并通过物理模型试验再现了地下水管网渗流系统的形成过程及其对边坡渗透性的作用。     

管网渗流系统对边坡剩余下滑推力影响的物理模拟研究

为了研究管网渗流系统对土体渗透性能和地下水位以及边坡剩余下滑推力的影响,进行管网渗流系统的物理模拟试验。试验结果表明,管网渗流系统可提高坡体的渗透性,降低地下水位,从而使边坡剩余下滑推力明显减小,从而提高边坡的稳定性。指出在含碎石黏性土滑坡的防治中,应将地下水排水措施作为主要防治措施。     

原状土与重塑土的动三轴对比试验及研究

以甘肃中试厂的地基土为研究对象,采用GCTS STX-100双向振动三轴仪,开展了重塑粘性土样和原状粘性土样相对比的三轴试验,并评价了重塑粘性土及原状粘性土的动力特性,结果表明:原状粘性土和重塑粘性土的动弹性模量随着动应变的增加而减小,但是与围压成正比,同时动应力会随着动应变的增加而增大;最大动剪切模量在围压增大的时候会同时增大,但是当剪应变增大时则会减小;土体扰动减小了土体的动弹性模量和动剪切模量。     

不同土石掺配比例对土石混合料的力学及渗透特性影响试验研究

将细粒土与碎石含不同比例掺配后进行了击实试验及击实后的力学、渗透试验，随着土石掺配比的增加，土石混合料的最大干密度将随着增加，最优含水率随之减小。在击实状态下，随着砾石掺配比的增加，土石混合料的抗剪强度增加，压缩压缩模量增大，渗透性有所增加。混合料出现上述工程特性的原因是随着土体中砾石含量的增加，土中的砾石颗粒逐渐形成骨架，细粒土填充在骨架中，所形成的土体结构在受剪时颗粒之间相互接触、咬合嵌套，增强了抗剪强度，降低了压缩性，同时由于土体中形成了更多的空隙，渗透性有所增加。     

库水作用下库岸边坡红土的侵蚀模型试验研究

库水位的升降变化会引起库岸边坡红土的侵蚀。本文采用室内边坡模型试验和浸泡试验的方法,研究库水作用下库岸边坡红土侵蚀过程中的颗粒迁移、土压力、孔隙水压力的变化及其对应的抗剪强度和渗透性的变化情况。试验结果表明:在相同库水位下,边坡红土颗粒迁移现象不明显,库水位以下的土压力与孔隙水压力都比水面以上的土压力与孔隙水压力值大;随着库水位上升,土体内部孔隙中的气泡随水带出,边坡红土内部的土压力减小,孔隙水压力增大,且两者呈显著的非线性变化;随着浸泡时间的增长,土体抗剪强度先迅速减小,后缓慢回升,之后强度持续降低;渗透系数随浸泡时间延长明显增大;随着浸泡温度的升高,土体抗剪强度先增大后减小,但在常温作用时强度最大。     

浙江上三公路6#滑坡的地下水作用与控制

大多数滑坡的发生与地下水活动有关，地下水的动态变化直接关系到滑坡的稳定性状况。由于边坡介质的非均匀性，以及滑坡过程中边坡的变形破坏具有非连续性，故在滑坡发生的过程中地下水位的变化和地下水渗流方式的变化是一个复杂的过程。含碎石的滑坡体在长期地质作用过程中形成了地下水管网状排泄系统，这种排泄系统对限制地下水位上升和保持边坡的稳定性具有重要的作用。从上三公路6^#滑坡研究结果中可以看到，滑坡体中地下水渗流具有很大的不均匀性，大多呈管状集中渗流，当边坡发生变形和破坏时，地下水管网状排泄系统将因坡体的不连续变形而发生破坏，从而导致地下水位的快速上升，甚至溢出地表，使边坡稳定性迅速下降，滑坡的变形破坏加速发展。地下排水洞能有效地控制地下水水位的上升，特别是能有效防止前期降水存坡体中的积累效应，是滑坡治理中值得推广的工程措施。     

基于黏结颗粒模型某滑坡土石混合体直剪试验数值模拟

 介绍基于数字图像处理建立数值模型的基本过程,实现由现场数字照片直接生成土石混合体的颗粒流模型。以溪洛渡水电站坝址附近某滑坡土石混合体为例,基于实拍照片建立其细观数值模型,利用PFC2D程序分析碎石和土体数值模型中微观力学参数的反算问题,分别为滑坡体中的碎石和土体选定与其宏观力学特征相一致的微观力学参数,进行直剪试验的数值模拟,并与均质土体的模拟结果相比较。结果显示：利用双轴试验反算的土体微观参数运用于直剪试验获得的宏观力学参数与实际一致;一定含量的碎石使土石混合体的初始剪切刚度较均质土有所增大,达到峰值抗剪强度所需的剪切位移减少;假定土石界面的黏结强度为土体内部的1/10时,土石混合体的内摩擦角明显增大,而黏聚力则稍有减少;与均质土体直剪形成的破裂面相比,土石混合体模型中的裂隙部分集中于剪切面呈宽带状,部分存在碎石与土体分界面,基于此可定性探讨一定碎石含量的土石混合体抗剪性能优于均质土体的原因。     

冻融条件下加筋碎石桩复合地基路堤性状研究

制作了一套加筋碎石桩复合地基冷冻试验系统,开展了1组加筋碎石桩复合地基路堤冻融离心模型试验和1组未冻融的对比试验,以研究加筋碎石桩复合地基经历季节性冻土后填筑的路堤在冻融条件下的性状。研究结果表明:冻融条件下加筋碎石桩复合地基在地基土未融化前,其桩顶和桩间土沉降基本一致,而在地基土全部融化后,桩间土沉降显著增大;冻融条件下路堤边坡基本保持初始坡度,路堤下地基沉降比较均匀,而未冻融组路堤边坡明显变缓,路堤下地基不均匀沉降明显;在复合地基和桩体均处于冰冻状态时,其桩顶和桩间土应力一致,当桩体先于桩间土融化后,桩顶应力减小而桩间土应力增大,而当地基土开始全部融化后,桩间土应力快速下降而桩顶应力快速增大,冻融条件下复合地基沉降稳定时的桩土应力比是未冻融条件下桩土应力比的2/3左右;冻融条件下由于路堤加载过程中桩顶周围土体处于冰冻状态,限制了桩顶侧向位移,而冻土层以下土体推动下部桩体向外位移,使得靠近路堤边坡下的桩体向路堤内弯曲,但弯曲变形量较小,而未冻融条件下的桩体则向路堤外弯曲且弯曲变形量较大;加筋碎石桩适合用于季节性冻土区湿地软土地基处理,其复合地基经历季节性冻土后填筑的路堤整体性能较好。     

土钉墙在基坑支护工程中的应用

土钉墙是近年来发展起来用于土体开挖和边坡稳定的一种新型挡土结构。它由放置于原位土体中的细长金属杆件(土钉)及附着于坡面的混凝土面板组成,形成一个类似重力式墙的挡土结构,以此来抵抗墙后的土压力和其它作用力,从而使开挖坡面稳定。土钉墙分为两大类,一是钻孔注浆土钉,二是打入式土钉。土钉墙适用于地下水位以上或人工降水后的人工填土、粘性土和弱胶结砂土以及深度≤12m的基坑支护或边坡加固。当土钉墙与有限放坡、预应力锚杆联合使用时,深度可适当增加。1土钉墙的特点(1)能合理利用土体的自承能力,使土体成为支护结构不可分割的一部…     

旱涝急转下斜墙坝渗流特性试验研究

对斜墙坝渗流安全,关注点多在于是否形成稳定渗流场,浸润线高低以及渗流量多少等,渗流分析基本为饱和渗流,而在旱涝急转情况下,受旱土体处于非饱和状态,土体表面分布着裂缝,渗流情况复杂,常规渗流分析难以进行。基于室内坝坡模型,模拟旱涝急转工况,研究斜墙坝渗流特性。研究结果表明:对于受旱后裂缝发育程度低的黏土防渗体防渗性能良好,其渗透系数要小于饱和渗透系数,而对于裂缝较发育区域,由于其良好的透水性,渗透性远大于土体饱和时的渗透性;降雨及水位上涨时,裂缝会自行愈合,但愈合仅限于表面,土体完整性无法再回到产生裂缝前的状态,此时坝坡土压力值相对试验初期要小许多,裂缝的产生增大了土体的孔隙率,改变了土体渗透性,永久削弱了黏土防渗体防渗性能。试验得出了旱涝急转下斜墙坝渗流演变规律,可据此对实际工程中的渗流薄弱部位进行重点监测与保护。     

极细颗粒黏土渗流特性试验研究

 为深入研究极细颗粒黏土的渗流特性,采用可调节水头高度的常水头渗透试验装置,利用不同离子浓度的孔隙液和蒸馏水,分别对极细颗粒人工土和广州南沙天然软土进行渗透试验。试验结果显现土体渗流的2个重要的特性,一是随着孔隙液离子浓度的增大,试样的渗透系数随之增加;二是随着水力梯度的降低,对于不同离子浓度的孔隙液情况,试样的渗透系数出现增大或者减小的“异常”现象。试验结果和机制分析认为,土颗粒表面电荷的微电场作用和渗流孔隙的微尺度效应是影响极细颗粒黏土的渗流特性的重要原因,而颗粒比表面积、表面电位、孔隙液离子浓度和孔隙尺度则是改变渗流特性的重要影响参数。对上述2个渗流特性分别采用“微电场效应”和“微尺度效应”作出解释,其中对软土渗流“异常”现象的真实原因仍需要更多的试验和进一步的研究探讨。     

地下水对地基不均匀沉降的影响

针对地基的地下水的不良影响，对土的渗透系数和渗透力进行了分析，指出了地下水的渗流对地基不均匀沉降的影响较大。当天然土具有较强透水性时，易造成地下水流对地基的冲刷。对地基中地下水位的变化的影响进行了分析，提出了地下水在基底下压缩层范围内变化可降低土的极限荷载，地下水在换土垫层范围内变化可降低周围软弱土侧向支承力。     

SPH approach for stability analysis of soil slope with variable permeabilities

A simulation framework based on meshless method has become an alternative numerical tool to model many deformation problems in geotechnical engineering. Large deformations in the failure zone can alter porosity, permeability etc., which in turn can affect the process of the failure. In this paper, a two-phase model in the framework of Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) is introduced to model the interaction between water and soil through drag forces according to Darcy’s law. Changes in soil porosity and associated permeability are automatically adjusted within this framework. Firstly, two different problems i.e., flow through porous media and fluidized bed problem, are investigated to examine the suitability, and stability of the proposed SPH method. Then, the stability analysis of a soil slope under different water level conditions is performed with the strength reduction technique, and the groundwater effect of the slope is simulated. It is found that owing to the negative impact of seepage on soil slope, the horizontal displacement of the slope can be significantly larger. Afterwards, the influence of the variable permeabilities on the slope failure is investigated. The simulation results show that the change in permeability has a slight effect on the slope. Although the calculated safety factor does not change, the sliding distance differs by about 10%. The initial porosity has a large negative influence on the stability of the slope. The developed SPH model has been shown to be a valuable and effective tool for modelling complex problems that are challenging to be addressed with traditional approaches.     

利用桐油和糯米汁改善黏土的强度及环境土工特性

充分利用桐油防渗性好、附着力强、耐酸碱、耐水、耐日光大气等性能和糯米汁黏糊度高、吸附强、胀度小等特点,将桐油、糯米汁掺入黏土中改善其环境土工特性。渗透、强度、等温吸附和扩散试验结果表明:黏土经桐油、糯米汁改良后,在最优质量比例为90∶5∶5时,渗透系数比未改良土下降2个数量级,同时对金属离子的吸附能力明显增强,尤其对Cu2+的吸附能力显著提高,并且明显地降低Cu2+的扩散系数。用扫描电子显微镜(SEM)对未改良土和混合土进行了微观形态结构研究,结果表明桐油能很好地分散并渗入黏土表面形成附着良好的包膜层。萧山黏土混合桐油和糯米汁后极大地改善了其作为黏土衬垫的环境土工特性。     

降雨入渗对非饱和膨胀土边坡稳定性影响的参数研究

对非饱和膨胀边坡在考虑暂态饱和－非饱和渗流的情况下进行了参数研究。研究的结果表明：裂隙的存在边坡中孔隙水压力和体积含水量分布有较大影响。膨胀土渗透性越低越应注意裂隙的作用。     

土体水力滞后对土石坝初次蓄水渗流场的影响

在土石坝的蓄水过程中,坝料的持水特性和渗透函数的不同会对坝体渗流场产生很大的影响。因此,对土坡的降雨入渗和土石坝的蓄水渗流场的分析应采用土-水特征吸湿曲线及相应的渗透函数。基于砾石土料的土-水特征曲线的实测结果,采用饱和-非饱和渗流有限元方法对不同程度各向异性的均质土坝初次蓄水过程中由脱湿和吸湿曲线计算所得的渗流场进行对比分析,探讨采用脱湿曲线代替吸湿曲线计算带来的影响。结果表明由脱湿曲线计算的孔隙水压力和体积含水率均明显高于由吸湿曲线计算的结果,渗透性的各向异性程度对坝体中的水力滞后性无明显影响。因此,在入渗分析时若采用脱湿曲线取代吸湿曲线会高估坝体中的孔隙水压力和含水率,低估非饱和区的吸力。     

等效连续介质模型在某裂隙岩质边坡渗流稳定性分析中的应用

在分析某公路裂隙岩质边坡渗流时,合理选取了渗流分析模型,并综合考虑比较了单孔压水试验和裂隙统计取得的渗透系数,获得了能较好反映原位地质环境的修正渗透张量。利用该方法所获取的渗透参数并采用连续介质模型对该边坡工程分析计算,取得了与实际吻合的结果,并指出了边坡稳定性分析时考虑渗流场影响的必要性。     

基坑开挖中地下水抽取对周围环境的影响分析

深基坑工程中,地下水的渗流将会使基坑周围形成降水漏斗.随着开挖的进行,地下水自由面不断下降,从而使坑外土体的有效应力增加,墙后土体将发生不均匀沉降.为分析基坑开挖过程中,周围土体的沉降及地下水位的变化,对基坑建立三维有限元分析模型,这是一个地下水渗流与地面沉降计算的一体化模型.利用该模型分析了在软土地区深基坑开挖引起地下水渗流场的变化.结果表明,地下水头计算值与工程现场的实测值吻合,此方法可以较好的模拟实际工程.还用该模型分析了基坑开挖地下水抽取引起的地面沉降问题.