降雨对非饱和土质边坡稳定性影响的研究

降雨以液体形式入渗到土体中,净入渗量受土体性质、含水率、孔隙水压力、土体中水蒸气的消散度等因素的影响。因此,降雨入渗后的瞬时渗流场难以确定。本文将土-水-气三相耦合,提出了一种确定降雨入渗后的瞬时渗流场的模型,结合工程实例分析了降雨入渗后渗流场的变化对土坡稳定性的影响。     

降雨对非饱和土质边坡稳定性影响的研究

降雨以液体形式人渗到土体中，净人渗量受土体性质、含水率、孔隙水压力、土体中水蒸气的消散度等因素的影响。因此，降雨人渗后的瞬时渗流场难以确定。本文将土-水-气三相耦合，提出了一种确定降雨人渗后的瞬时渗流场的模型，结合工程实例分析了降雨人渗后渗流场的变化对土坡稳定性的影响。     

不同降雨条件非饱和渗流作用下大型弃土场稳定性分析

为研究土体非饱和情况下降雨入渗弃土场稳定性问题,以云南某弃土场为例,采用GeoStudio软件,建立5个不同雨强条件下渗流模型,分析降雨持时相同情况下,边坡土体含水率、孔隙水压力、土-水特征曲线、暂态饱和区域变化以及边坡稳定性安全系数变化情况。结果表明:在降雨初期,雨强对于边坡安全系数影响不大,降雨历时6 h后,坡体表层土体孔隙水压力、饱和度持续上升并逐渐形成暂态饱和区域,降雨量越大安全系数下降越快;降雨历时超12 h后,表层土体含水率接近饱和,形成地表径流,土颗粒间基质吸力逐渐下降,影响边坡稳定性;降雨后期,弃土场表层大部分土体接近饱和含水率,渗透系数不再增长,基质吸力不再减弱,安全稳定性系数下降速率趋平。根据降雨后最小安全系数以及土水参数分析,判定该弃土场是稳定的。     

降雨入渗条件下粗粒排土场稳定性分析

基于饱和-非饱和渗流有限元分析,研究山西某矿区粗粒排土场在降雨条件下的入渗机理与特点。在对不同期矿渣排土体采样筛分的基础上,通过粒径分布曲线推导非饱和渗透系数,结合工程实例,运用Geostudio建立一定降雨强度条件下的边坡岩土体渗流场有限元分析模型,定量分析降雨过程对粗粒排土场稳定性的影响。结果表明:粗粒排土场因其粒径及结构上的特殊性,致使基质吸力随饱和度的变化趋势并不显著。前期排土体具有更好的压实作用,导致降雨入渗在排土体体内主要以渗透系数较大的第三期矿渣排土体为主,同时,排土体中通畅的渗流通道容易引起局部水力梯度值迅速攀升,又因为其排水过程较快,使排土场安全系数的滞后性并不明显,在雨后短时间内有所回升。     

降雨入渗对非饱和土体边坡稳定性影响及治理对策

为研究降雨入渗对非饱和土体边坡稳定性影响,基于饱和-非饱和渗流理论,分析了降雨入渗条件下边坡内部渗流场变化及其对边坡稳定性的影响。研究表明：①降雨入渗是饱和-非饱和过程,其内部体积含水率随降雨持续时间的变化而发生动态改变,在降雨初期,土体处于非饱和状态,黏聚力随着含水率的增大而增大,内摩擦角变化幅度较小,总体呈下降趋势,基质吸力增强,安全系数升高,对边坡稳定性有利;②随着降雨持续,孔隙水压力由负变正,黏聚力和内摩擦角随着含水率的增大而减小,基质吸力减弱,边坡稳定性降低;③降雨入渗终态过程为内部水位线升高,动静水压增加,土体有效重度降低,土体发生软化,力学强度参数降低,边坡稳定性随之降低,土体渗透系数与边坡安全系数总体成反比关系。在上述分析的基础上,结合土质边坡实例,应用强度折减法,分析了降雨入渗状态下边坡潜在滑动面、峰值位移随降雨持续时间的变化规律,认为降雨初期潜在滑动面由浅入深,峰值位移不断增大;降雨停止后,土体内部应力重新分布,土体由饱和转为非饱和,潜在滑动面、峰值位移发生逆变化。为防止降雨条件下边坡发生失稳破坏,针对性地提出了土质边坡治理建议,为非饱和土体边坡综合治理提供了有益参考。     

不同雨型下降雨入渗及其对排土场边坡稳定性影响研究

降雨入渗是影响边坡稳定性的重要因素,以某矿山排土场高陡边坡为研究对象,基于饱和-非饱和渗流理论研究了不同雨型降雨条件下边坡渗流场的变化特点;采用非饱和土强度准则与极限平衡法对边坡的稳定性进行分析。结果表明：不同雨型降雨入渗时,边坡暂态饱和区的范围不同,后峰型最大,等强型最小;不同雨型降雨条件下对边坡稳定性的影响程度亦不同,后峰型降雨对边坡稳定性影响较大,等强型降雨对边坡安全系数的影响相对较小。     

降雨入渗对非饱和土体边坡稳定性影响及治理对策

为研究降雨入渗对非饱和土体边坡稳定性影响,基于饱和—非饱和渗流理论,分析了降雨入渗条件下边坡内部渗流场变化及其对边坡稳定性的影响。研究表明：①降雨入渗是饱和—非饱和过程,其内部体积含水率随降雨持续时间的变化而发生动态改变,在降雨初期,土体处于非饱和状态,黏聚力随着含水率的增大而增大,内摩擦角变化幅度较小,总体呈下降趋势,基质吸力增强,安全系数升高,对边坡稳定性有利;②随着降雨持续,孔隙水压力由负变正,黏聚力和内摩擦角随着含水率的增大而减小,基质吸力减弱,边坡稳定性降低;③降雨入渗终态过程为内部水位线升高,动静水压增加,土体有效重度降低,土体发生软化,力学强度参数降低,边坡稳定性随之降低,土体渗透系数与边坡安全系数总体成反比关系。在上述分析的基础上,结合土质边坡实例,应用强度折减法,分析了降雨入渗状态下边坡潜在滑动面、峰值位移随降雨持续时间的变化规律,认为降雨初期潜在滑动面由浅入深,峰值位移不断增大;降雨停止后,土体内部应力重新分布,土体由饱和转为非饱和,潜在滑动面、峰值位移发生逆变化。为防止降雨条件下边坡发生失稳破坏,针对性地提出了土质边坡治理建议,为非饱和土体边坡综合治理提供了有益参考。     

降雨作用下和尚桥铁矿内排土场边坡稳定性分析

孔隙水压力是表征内排土场边坡渗流及稳定性演化的重要参数之一。为验证现有边坡设计参数的合理性，以和尚桥铁矿内排土场边坡为工程背景，基于Biot固结理论的直接耦合方法，运用Geo Studio软件进行数值模拟分析，研究内排土场边坡在降雨条件下的渗流规律及稳定性，分析降雨强度及降雨持时对边坡孔隙水压力的影响，得出不同降雨强度下边坡内孔隙水压力分布规律及其安全系数。结果表明：降雨入渗范围主要在排土场边坡表层以下3~5 m内；降雨入渗速率主要受到土体渗透系数与降雨强度相对大小影响；和尚桥内排土场边坡设计参数在持续强降雨期间仍能保持安全稳定，但需通过排水沟及时排出边坡表层未入渗的降雨。     

降雨工况下覆盖层边坡渗流特性及稳定性分析

基于饱和-非饱和理论, 结合武靖高速实际工程地质条件和气候条件, 采用有限元软件研究了降雨工况下覆盖层边坡的渗流特性以及降雨影响下渗流特性变化对覆盖层边坡稳定性的影响。结果表明, 降雨过程中覆盖层边坡表现为逐层入渗, 基质吸力逐层消散, 渗流梯度的峰值随入渗深度增加逐渐减小, 边坡逐渐发生局部失稳, 安全系数逐渐降低; 降雨停止后, 边坡暂态饱和区逐渐向边坡内部转移, 基质吸力逐渐恢复, 边坡失稳模式逐渐由局部失稳发展为整体失稳, 安全系数持续下降。     

降雨入渗对花岗岩残积土高路堤边坡稳定性的影响

为研究降雨入渗对花岗岩残积土高路堤边坡内部水位线分布、负孔隙水压力消散、稳定性的影响, 采用Geo-studio软件中的seep模块模拟短时间特大暴雨、长时间小强度降雨两种工况下边坡的入渗规律, 并结合花岗岩残积土遇水软化的特性以及饱和-非饱和理论对现有的饱和-非饱和抗剪强度理论、土体重度进行修正, 最后将渗流计算的孔隙水压力导入到FLAC^3D中对路堤稳定性进行数值模拟, 结果表明:花岗岩残积土高路堤边坡内部水位线随降雨历时增加由坡脚逐渐上升;相同降雨量下, 长时间小强度降雨对边坡内部水位线上升的影响明显大于短时间特大暴雨工况;综合考虑负孔隙水压力的消散、软化效应、土体重度变化等因素的影响, 短时间特大暴雨对边坡稳定性影响较小, 长时间小强度降雨对花岗岩残积土高路堤边坡稳定性影响较大。     

Development of a Management Tool to Support the Beneficial Use of Treated Coal Seam Gas Water for Irrigation in Eastern Australia

An infiltration and salinity transport model (ISTM) based on the HYDRUS modeling platform was developed to support the beneficial use of treated coal seam gas (CSG) water to irrigate perennial forage plots in eastern Australia. The ISTM was used to support the expansion of irrigated areas under the CSG industry’s first specific irrigation beneficial use approval issued by the Queensland environmental regulatory administering authorities in March 2009. To support meeting regulatory requirements for expansion beyond the original irrigation area, forward modelling within the vadose zone was used to evaluate the fate and transport of the irrigation water as it migrates through the shallow soils and unsaturated bedrock toward the saturated zone; simulations beneath three agricultural systems with contrasting infiltration capacities were assessed. The model simulation results were used to guide irrigation activities to maximize water use in the readily available soil water capacity range for these agroecosystems, without detrimental impacts to plant growth or surface water/groundwater and soil resources. In this paper, a practical irrigation and rainfall systems-driven hydrogeochemical conceptual model is presented to identify processes that are likely to govern infiltration from the land surface, root water uptake, and solute transport into, and potentially through, the unsaturated zone. A numerical model is then parameterized to represent the primary processes hypothesized to affect water and salinity movement in the vadose zone. Finally, a series of simulations, conducted to identify the key parameters and processes governing the potential movement of water and salt through the root zone and into the bedrock vadose zone, are discussed. The simulations are used to support continuous improvement in modeling approaches for sustainably managing treated CSG extraction water allocated to irrigation.     

非饱和土边坡降雨入渗过程及最大入渗深度研究

系统分析了降雨入渗对土体基质吸力、土体应力、位移的影响, 并对非饱和土边坡降雨入渗过程进行了总结分析, 首次从能量角度提出了降雨入渗最大深度的概念, 认为雨水能够在土体中下渗, 主要是因为存在一定的驱动势能差, 通过推导, 得出了最大入渗深度的计算公式, 该公式与土体的孔隙水压力有关。由于降雨而引起的边坡土体滑坡中, 绝大多数滑动面都在边坡土体的最大入渗深度的范围之内, 通过对最大入渗深度和滑动面的关系研究, 可以初步估计滑坡规模, 从而在滑坡治理中计算确定滑动面, 合理地确定治理方案的参数, 如锚杆或土钉的长度、抗滑桩的长度等。     

地表水体作用下的粗颗粒地层渗透规律研究

在地表水体(人工湖或水库)长期作用下,粗颗粒地层(卵石或漂石)形成了复杂的渗透规律,与传统认识存在较大差异。因此,查清人工湖或水库底下的土层渗透规律和地下水分布条件直接关系到工程的安全、造价和工期。该文结合工程实例,初步研究了在地表水体长期作用下粗颗粒地层的渗透规律,突破水文地质学中"含水层"和"隔水层"的传统定义,首次提出"饱水层"的概念。浅层地下水的排泄以垂向渗流为主,深层地下水排泄以径流为主;浅层地下水的补给以地表水补给为主,深层地下水的补给主要是浅层地下水通过非饱水带对其补给。     

深厚表土层建井的渗透稳定性模拟研究

通过对淮北海孜矿第四系底部含水层向矿井泄水的模型模拟研究，探讨了深厚表土层建井（井筒）的渗透稳定性．讨论了在第四系底部含水层突水状态下，地下水的渗流运动规律、底部含水层土体的渗透变形方式、临界水力坡降以及渗流对井筒的稳定性影响，为从水动力作用角度去分析黄淮地区井筒破裂原因提供了地质－物理模型，同时也是对深埋土体中的有关工程渗透稳定问题的有益尝试．     

降雨入渗对含软弱夹层矿山边坡稳定性影响机制研究

含缓倾软弱夹层的矿山边坡在连续降雨后易发生滑坡,以四川峨眉黄山石灰石矿山磨环凼西侧新滑坡为例,通过现场勘查、工程地质条件分析,利用极限平衡法对该滑坡进行稳定性分析,并建立含软弱夹层无限边坡计算模型分析降雨入渗对此类矿山边坡稳定性的影响机制。结果表明：降雨入渗引起的边坡内部滑动面孔隙水压力上升是诱发滑坡的主要原因;软弱夹层的不透水性会引起滑动面孔隙水压力突变,导致边坡稳定性骤减;降雨入渗的速率、雨水入渗的时长、边坡岩体的含水状态及软弱夹层的不透水特性决定了在降雨入渗的整个过程中滑动面孔隙水压力对边坡的稳定性的影响程度大小。     

晋陕蒙接壤区露天矿不同质地土壤水分运动特征与模拟

分析了晋陕蒙接壤区不同质地土壤水分运动规律，为构造一种理想的层状土体提供参考依据。设置沙土、砒砂岩、黄绵土和红黏土4种均质土柱，利用室内土柱自动观测系统测定4种矿区土壤入渗及蒸发过程，结合HYDRUS-1D模型反解土壤水力参数，并利用反解的参数模拟土壤的入渗与蒸发过程。通过湿润峰运移、入渗速率、累积入渗量评价土壤入渗性能，对比蒸发强度和移动能力评价土壤蒸发性能。研究结果表明，不同质地土壤入渗性能与蒸发性能差异较大，入渗性能从大到小排序为：沙土、砒砂岩、黄绵土、红黏土，蒸发性能从大到小排序为：黄绵土、红黏土、沙土、砒砂岩。4种土壤入渗过程模拟结果的Re（相对误差）绝对值都在11.0%以下，R2在0.90以上，沙土、黄绵土、红黏土蒸发过程模拟结果Re（相对误差）绝对值在6.1%以下，R2在0.94以上，砒砂岩因质地特殊，蒸发过程模拟结果Re（相对误差）绝对值为14.0%，R2仅为0.44，整体评价利用HYDRUS-1D结合入渗、蒸发过程剖面含水量变化反演土壤水力参数具有较高的精度。不同质地土壤水分运动特征的测定与模拟，对指导露天矿区排土场新土体构筑提供了参考。     

考虑雨水入渗的边坡稳定分析方法

雨水入渗不仅改变了地下渗流场，也使边坡岩土体因浸泡而软化，抗剪强度变差，造成边坡失稳。为此，建立了一个考虑雨水入渗的地下水渗流模型，对雨水浸泡条件下土体强度变化的机理进行了探讨，并在此条件下对三峡某库区一边坡的稳定性进行了分析计算。