考虑任意初始条件的均质土质覆盖层降雨入渗解析解

均质土质覆盖层作为填埋场与大气环境的隔离结构其主要功能是控制雨水入渗,近些年该类覆盖层在北美一些干旱和半干旱地区被证明是有效的。基于二维非饱和土渗流控制方程,采用可考虑土体进气值的指数函数描述土体的土水特征曲线和渗透系数曲线,使用单位梯度边界作为土质覆盖层的底部边界条件,推导出可考虑任意初始条件的降雨入渗移解析解。通过与前人试验结果比较与分析,证明了该解析解的有效性。对比分析了均质土质覆盖层底部分别取单位梯度边界、渗流审查边界和固定孔压边界对降雨入渗及渗漏量的影响,分析结果表明:与渗流审查边界和固定孔压边界相比,单位梯度边界更适合土质覆盖层的渗漏量计算。利用该解析解分析不同初始条件对累计渗漏量的影响,结果表明覆盖层累计渗漏量随其底部初始体积含水率的增加而增大。为土质覆盖层防渗漏性能评价提供了一种简单实用的计算方法。     

降雨入渗补给下的滑坡潜水面近似解析解浅析

近年来,伴随着极端气候的不断出现,强降雨引发的地质灾害逐渐增多。大气降雨的入渗一方面改变了岩土体的物理力学性质,另一方面,随着降雨的进一步进行和包气带内土中所含水分进一步下渗,大气降雨将补给在相对隔水的滑带处形成的潜水面。论文从渗流基本原理出发,采用稳定渗流情况下的潜水面作为非稳定渗流的初始值,推导出降雨入渗下潜水面的解析解,然后对近似解析解的误差做定量分析,阐述近似解析解在滑坡等地质灾害的潜水位求解过程中的适用性,可用于指导受大气降雨补给潜水面的滑坡浸润线的求解,便于分析大气降雨产生的直接影响。     

降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响

研究降雨入渗对边坡稳定性的影响规律。采用有限元法进行非饱和土边坡的二维非稳态渗流计算,考虑基质吸作用利用极限平衡法进行非饱和土边坡稳定安全系数计算,进而通过算例计算,分析了降雨过程中及降雨之后,边坡内孔隙水压分布、潜在滑裂面位置以及边坡稳定安全系数的变化情况。着重分析了降雨强度和降雨持续时间的影响,并特别注意分析降雨结束后的边坡稳定性。算例表明某些情况下边坡安全系数最小值出现在降雨之后的数小时或数天,而非降雨的过程中或降雨刚刚结束之时。     

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。     

考虑降雨入渗的非饱和边坡动力稳定性分析

针对目前边坡稳定性分析方法中把降雨入渗与地震作用隔开分析的特点,为了使稳定性分析方法更加接近于实际,考虑降雨非饱和边坡动力稳定性分析方法被提出。首先,将土质边坡简化为一维入渗模型,按非饱和土力学中的公式来定义基质吸力和饱和度的关系;其次,在动力分析方面,只考虑水平地震作用及其地震最不利工况,假设地震时土中的动土压力沿坡高分布呈倒三角形分布,采用拟静力法施加动力荷载;再次,利用ABAQUS软件进行仿真分析。从计算实例来看,动力作用下的边坡稳定性下降较大。     

降雨入渗时土钉支护稳定性可靠度分析

基于非饱和土水分子运动方程,建立一维降雨人渗的计算模型,利用MATIAB编辑有限差分的计算程序求解降雨入渗条件下边坡土体的瞬态含水量。考虑体积含水量和非饱和土强度参数的关系,对降雨入渗条件下边坡土钉支护结构整体稳定性可靠度分析建立计算模型。通过对具体工程建立整体稳定性极限状态方程,用蒙特卡罗法求解稳定性可靠指标,定量的分析了降雨入渗对边坡土钉支护结构稳定性的影响。     

考虑降雨入渗影响的非饱和土边坡瞬态安全系数研究

以土壤体积含水率作为控制变量,应用非饱和土水分运动基本理论建立了降雨入渗过程中土体瞬态含水率的计算模型并且编制了计算程序,在计算模型中通过改变边界条件考虑了降雨过程中土壤入渗能力的变化,采用非饱和土强度理论和极限平衡方法,得出了可以考虑基质吸力影响的边坡安全系数计算公式,编制了计算程序,最后通过具体的算例,讨论了降雨入渗对土质边坡稳定性的影响.     

非饱和土体在开挖扰动和降雨入渗影响下的稳定性理论与应用

结合国家自然科学基金重点项目<受施工扰动影响的土体环境稳定理论与控制方法>,以基坑工程作为研究的工程背景,系统地研究了开挖扰动和降雨入渗对非饱和土工程性质和工程稳定性影响.将开挖扰动对土体的影响用应力路径的变化来反映,通过模拟应力路径变化的三轴试验,研究了开挖扰动对土的工程性质的影响,为了提示土样受开挖扰动后工程性质发生变异的原因,在电镜下观察了开挖扰动土样的微观结构,结合具体的基坑工程研究了开挖扰动对土体工程稳定性的影响.主要研究结论是1.开挖扰动对土体的强度参数有明显的影响,但对内磨擦角φ值的影响更为明显.2.电镜观察结论表明(1)原状土一般为架空结构或骨架结构,结构疏松,颗粒之间呈点结触或者接触程度较差,粘土矿物胶结,整个界面比较平稳,无明显折段或错动痕迹.(2)开挖扰动后土体的原始结构受到损伤,颗粒之间的胶结物(粘土矿物)发生不同程度的破裂、断开或错动,局部胶结差的地方,原来胶结在一起的颗粒被撕裂断开.(3)微观结构的损伤是导致土体强度降低的内因,造成这种损伤的关键因素就是基坑开挖后边坡土体内应力场的变化,电镜照片有助于从微观角度揭示受开挖扰动影响的土体强度降低的本质.3.针对具体工程的计算结果表明开挖扰动对边坡稳定性的影响幅度大约在10%左右,当边坡安全储备比较大时,开挖扰动的影响尚不至于造成边坡失稳,但是在边坡安全储备不大且在降雨等其他不利因素的共同作用下,开挖扰动的影响就不能忽略.依据非饱和土的强度理论和常规的边坡稳定性分析方法,建立了分析非饱和土边坡稳定性的计算模型和计算程序。非饱和土基质吸力与土体含水量有着密切的关系,降雨入渗是导致土体含水量发生变化的一个主要因素。现有的非饱和土工程设计理论主要沿用饱和土的理论,基本不考虑含水量的变化对工程稳定性的影响。论文运用非饱和土壤水分运动的基本理论,结合北京地区的降雨特征和地下水位特点,以含水量作为控制变量建立了降雨入渗的一维数学模型,在计算模型中通过变换上边界条件,考虑了降雨过程中土壤入渗能力的变化,采用有限差分法编制了计算程序,可以求解给定降雨条件的边坡土体瞬态含水量的数值解,根据试验确定的土-水特征曲线,计算了降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响,系统地讨论了降雨强度、持续时间、土壤初始含水量和土的渗透系数等参数与边坡稳定性的关系。     

考虑土体非饱和特性的无限长斜坡降雨入渗解析解

由降雨诱发的残积土滑坡在亚热带和热带地区非常普遍,产生此类滑坡的主要原因是雨水入渗使斜坡内非饱和土体的负孔隙水压力降低导致了土体抗剪强度的减小。基于二维非饱和渗流控制方程,采用指数函数描述非饱和土体的土水特征曲线及其渗透系数随含水率(或负孔隙水压力)的变化,建立了降雨入渗条件下无限长斜坡内水分运移模型,在合理简化的基础上给出了模型的解析解。通过与成熟的有限元数值模拟软件计算结果的比较与分析,证明该解析解稳定可靠。由该解析解获得的负孔隙水压力剖面可用于评估降雨入渗对非饱和土斜坡稳定性的影响。     

非饱和土坡面降雨入渗的研究现状及发展趋势

本文总结了近年来国内外对于非饱和土边坡降雨入渗问题的研究现状,对众多学者的研究方法和内容进行了总结和对比分析,并提出未来非饱和土边坡降雨入渗问题的发展趋势。     

裂隙诱导各向异性对边坡降雨入渗的影响

裂隙破坏了土体的完整性,使土体渗透性在不同方向上呈现出明显差异,从而显著地影响了边坡降雨入渗规律。为了揭示裂隙诱导各向异性对边坡降雨入渗的影响规律,利用Seep/W软件进行了数值模拟分析,分别就各向异性方向、各向异性程度、各向异性分布区域等因素进行了讨论。最后结合工程实例分析了计算结果的合理性。结果表明:裂隙诱导各向异性方向、各向异性程度、各向异性分布等因素均对边坡降雨入渗有一定的影响,在边坡排水设计与稳定分析时须予以考虑,降雨强度大于顺裂隙方向渗透系数时,裂隙诱导各向异性的影响才会表现出来。裂隙诱导各向异性主要影响降雨初期渗流场,随降雨历时增大,裂隙诱导各向异性的影响逐渐减小,长历时降雨条件下可不考虑这种影响。     

非饱和砂土坡面降雨非正交入渗试验与数值模拟研究

传统降雨入渗分析仅以降雨强度在坡面上的正交分量作为边界条件,不符合实际降雨非正交入渗规律。为了研究非饱和砂土的非正交入渗规律性,采用自行研制的室内降雨试验装置对非饱和砂土坡面进行了一系列不同降雨强度、坡角和孔隙比的降雨入渗试验,并对应地进行了正交入渗条件下的数值模拟。测量了入渗率、出渗速率及砂土储水增量随时间变化的关系曲线,分析了雨强、坡角和孔隙比对试验结果的影响。试验结果显示各试验中均无坡面径流现象,与正交入渗边界理论差异显著。通过分析非饱和砂土在传统坡面降雨正交入渗边界条件下的入渗率、出渗速率及砂土储水增量等数值模拟结果与对应的降雨入渗试验结果的差异,证明按正交入渗边界理论计算得到的砂土坡面土体含水率、入渗能力及坡面边界条件转化的判别机制均与实际情况不符。     

降雨入渗对重庆地区矸石山稳定性的影响

降雨是导致重庆煤矿采区矸石山失稳的主要诱发因素，本文将Green-Ampt入渗模型和非饱和土中的相关理论引入，进行矸石散体的降雨稳定性计算；并考虑基质吸力对矸石散体强度的影响，采用极限分析方法分析矸石山坡体在降雨各阶段的安全储备；通过对降雨情况下矸石山应力状态、位移状态的计算，提出了两个必须考虑的因素即基质吸力不仅对强度有影响，而且对变形参数、屈服准则也有影响；矸石散体的固结影响了其渗透能力。     

考虑地表变流量的非饱和土渗流耦合的解析分析

基于含水率和渗透系数是孔隙水压力的指数函数假设,通过 Fourier 积分变换,获取了降雨入渗过程中一维非饱和土渗流–变形耦合的解析解,该解能考虑地表降雨强度的变化。当降雨强度小于土体的入渗能力时,地表边界受流量控制;降雨强度逐渐增加,超过土体的入渗能力,地表边界为孔隙水压力。该解不仅能考虑地表变流量的边界,还可以分析压力边界条件,另外适用于任意的初始条件。算例计算结果表明,耦合对渗流产生影响;当渗流达到稳定时,非饱和土变形–渗流的耦合效应消失。     

强降雨下无黏性土坡破坏的影响因素试验研究

利用自行研制的室内水槽模型试验系统,对日本#6,#7和#8硅砂试样开展了固定降雨强度(90 mm/h)下诱发无黏性土坡破坏的模型试验;描述了强降雨条件下无黏性土坡的破坏过程,探讨了坡体厚度、前缘卸荷、土样颗粒尺寸及细颗粒含量对破坏过程的影响规律,分析了土坡破坏过程中的孔隙水压力响应特征.结果表明:①在持续强降雨作用下,...     

降雨入渗对边坡性状影响的模型实验研究

通过构建不同坡角边坡物理模型分别进行人工模拟降雨实验,对坡体进行分层监测。采用自动水份传感器测定坡体不同位置处含水率;用光纤传感器测定坡体内不同深度处应变;用压力盒测定坡体前端不同深度处推力。得到在降雨入渗作用下边坡性状的变化规律:①边坡坡体含水率、坡前推力、坡体变形在降雨期增大,雨后随时间逐渐减小。②受降雨入渗作用影响,土体含水率增长由坡面开始逐渐向下发展,坡体表层附近的含水率变化最大,底层变化最小。坡前推力、坡体变形在坡体深度方向上,由浅入深受降雨影响逐渐减弱,即表层受影响最大,底部受影响最小,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。③受相同降雨条件的影响,20°坡角边坡模型产生变化较大,但响应较晚,而10°坡角边坡模型产生变化较小,但响应较早。