降雨条件下土质边坡稳定性预测预报方法

降雨往往足引起热带和亚热带膨胀土、残积土边坡失稳的主要促发因素,考虑降雨影响的土坡稳定性预测预报是一个亟待解决的复杂的工程问题.简要介绍了一套能考虑气候影响的非饱和土边坡稳定性分析的极限平衡分析方法和一套可考虑土体非线性和几何非线性的边坡稳定分析及变形计算的有限元方法.提出了一个降雨条件下土质边坡稳定性预测预报模型,其具体思路是:首先用数值方法计算渗流场,然后利用非饱和土的强度理论推求出整个场的强度分布,再利用极限平衡分析方法或有限元方法进行边坡稳定性分析,寻求斜坡稳定安全因数与降雨特征参数(雨强,降雨持时等)相关关系,如此,即可依据气象预报进行土坡稳定性预报.     

考虑饱和-非饱和渗流作用的土质边坡稳定性分析

饱和-非饱和土的研究一直是岩土工程界的一个热点问题。土体中孔隙水压力的存在使得对岩土体的力学性状的分析变得更加复杂化。基于土体渗透系数与基质吸力之间的相互联系,对理想的各向同性土的水库堤坝进行了非稳定渗流场的数值模拟,得出不同水位、同一水位因不同骤升速率而产生的渗流场的变化规律,并对土体固-液耦合研究进行了初步探讨。把堤坝渗流场的动态变化在时间和空间上进行离散,分别引入到坝坡稳定性的分析中,以极限平衡原理和Morgenstern-Price条分法为基础对坝坡产生滑移的最小安全系数变化规律进行了分析,从而得出渗流-滑坡的内在联系。     

降雨条件下土坡饱和-非饱和渗流及稳定性分析

基于非饱和土力学理论,利用有限元法对降雨条件下边坡的饱和-非饱和渗流及稳定性进行了探讨。数值分析表明,雨水入渗使边坡非饱和区土体的基质吸力减小,是导致边坡稳定性降低的主要因素。进而考察了基质吸力的不同取值及裂隙的不同位置对边坡稳定性的影响,结果表明：在降雨初期基质吸力取值越大,得到的边坡安全系数越高,但经过长时间降雨即边坡土体基本达到饱和后,基质吸力的取值不同对边坡安全系数基本上没有影响;裂隙的存在为雨水入渗提供了良好的通道,因而导致边坡稳定性相对于无裂隙状态来说有所降低。降雨初期下游裂隙使边坡稳定性降低较快,但随着降雨历时的增加,即下游土体逐渐变为饱和状态后,边坡的稳定性变化则主要由上游裂隙控制。     

降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响

降雨往往是引起边坡失稳的主要促发因素.根据某算例,采用极限平衡分析方法,讨论了土体的初始体积含水率、降雨的强度、降雨时间对边坡稳定性的影响程度.     

非饱和膨胀土边坡的稳定性分析

为了提高非饱和膨胀土边坡的稳定,采用了土工膜覆盖边坡表面的方法.基于非饱和渗流理论,采用有限元程序对用膜覆盖和不覆盖的边坡分别进行了降雨蒸发干湿循环条件下的数值分析.在计算结果基础上,采用极限平衡法分析了边坡的稳定性.结果表明,用膜覆盖后边坡能长期保持非饱和状态,土体吸力较高,其稳定安全系数明显高于无膜保护的边坡,用复合土工膜覆盖边坡有利于提高非饱和膨胀土边坡的稳定.     

强降雨条件下基岩型层状边坡入渗模型及稳定性研究

强降雨作用下基岩型层状边坡易发生失稳破坏,给人们生命财产造成重大损失。为探索基岩型层状边坡的降雨入渗过程,以Green-Ampt入渗模型为基础,考虑了边坡几何特征及饱和带渗流作用,得到了边坡不同入渗阶段入渗率和湿润峰深度的计算式,建立了适用于基岩型层状边坡的降雨入渗计算模型;在分析基岩型层状边坡稳定性时,考虑了饱和带的渗流作用,联合降雨入渗模型与极限平衡法,分析了基岩面与湿润峰面稳定性的变化规律,得到了计算基岩型层状边坡安全系数的解析表达式;结果表明,该模型的计算与试验结果具有一致性。利用该计算模型与传统计算方法对张家湾滑坡进行了强度为30 mm/h的降雨入渗与稳定性分析,得到了不同计算方法下张家湾滑坡湿润峰深度及安全系数随降雨历时增加而发生的变化规律,结果表明该计算模型在分析基岩型层状边坡稳定性时优于传统分析方法。     

抗滑桩加固非饱和土边坡三维稳定性分析

讨论了抗滑桩加固边坡的稳定分析研究状况,在全面地考虑基质吸力和抗滑桩对边坡稳定性的贡献后,利用所发展的可考虑基质吸力的弹塑性强度折减有限元程序,探讨了抗滑桩加固前后的非饱和土边坡整体稳定性,并且与相应不考虑基质吸力条件下的边坡稳定性进行了对比分析。     

降雨入渗条件下非饱和土朗肯土压力分析

传统的土压力分析仅考虑了土体饱和强度对土压力产生的贡献,忽略了基质吸力及其变化对土压力的影响。运用非饱和土有效应力原理和饱和土朗肯土压力公式推导了非饱和土朗肯土压力公式,结合Iverson降雨入渗解析解,推导出降雨入渗条件下非饱和土压力公式。该公式将降雨入渗时的非饱和土压力表示为时间和深度的函数,更符合实际情况。研究结果表明：采用该方法计算得到的土压力值相对于传统计算结果偏大,作用点偏高;此外,随着降雨的发生、入渗和停止,主动土压力呈现“减小-增大-减小-稳定”趋势,被动土压力呈现“增大-减小-增大-稳定”趋势,该现象由降雨过程中基质吸力改变所致。由该公式获得的土压力分布及变化规律可用于挡土工程结构的设计。     

降雨入渗对土坡稳定性影响分析

在饱和-非饱和渗流理论基础上,从降雨强度、前期降雨总量、不同的土坡坡度以及是否考虑植被护坡等方面对大气降雨条件下土坡的稳定性进行了探讨.分析结果表明,在土体饱和渗透系数一定的条件下,强降雨对土坡稳定系数影响显著;土坡越陡,降雨强度大小对土坡安全性影响就俞显突出;土坡表层植物根系的存在影响非饱和区渗流场分布,可以延缓非饱和区含水量的增大,土坡稳定系数得到提高.     

降雨条件下岸堤非饱和边坡变形及加固分析

边坡降雨入渗过程是典型的非饱和流固耦合问题,对不同降雨时长下的边坡进行稳定性分析对安全施工具有重要意义。本文以浙江河堤边坡为例,基于强度折减法和饱和非饱和流固耦合理论,模拟分析了不同降雨时长下,边坡的变形位移以及安全系数。此外还对比分析了不同降雨时长下,土坡加固前后边坡安全系数的变化,桩土之间的应力关系,以及抗滑桩对边坡塑性区的贯通以及稳定性的影响。结果表明,边坡的安全系数与降雨时间呈负相关,随着降雨时间的持续增长,加固后的边坡,其安全系数同样降低,但安全系数明显高于未加固时的边坡,抗滑桩对上部土体向下的滑动变形起到了阻止作用。     

连续降雨作用下非饱和土边坡的稳定性分析

在边坡稳定性研究中,吸力的影响经常被忽略。基于非饱和土的渗流理论,利用数值分析方法研究了一个由于连续降雨导致的非饱和土边坡失稳的工程实例。研究结果表明:非饱和土的吸力对于维持边坡稳定具有重要影响,而吸力与降雨频率、降雨量、降雨时间、蒸发量等密切相关。对于工程实践而言,吸力的监测对于维持土坡稳定具有重要意义。     

降雨和蒸发对土质边坡稳定性的影响

降雨入渗降低边坡的稳定性,蒸发增加边坡的稳定性,降雨和蒸发对边坡稳定性的定量研究是很有意义的。采用蒸发和降雨模型对边坡进行非饱和-非稳定渗流分析,用总凝聚力表示的Bishop极限平衡法计算边坡安全系数。采用数值方法对算例土质边坡进行了研究,得到了孔隙水压力随时间变化的关系、边坡安全系数随时间变化的关系。结果显示：土体中孔隙水压力与天气条件、边坡安全系数与天气条件之间存在滞后关系;降雨和蒸发对边坡的表层滑动稳定性影响非常大,对深层滑动稳定性影响相对较小;降雨过程中边坡的临界滑动面由较深位置向较浅位置转变,蒸发过程则相反。     

考虑降雨的非饱和土边坡稳定性分析方法

降雨往往是引起热带和亚热带的膨胀土、残积土边坡失稳的主要促发因素。地处热带和亚热带的膨胀土、残积土往往是非饱和的，由于吸力的存在，土体抗剪强度较高，土坡是稳定的，一旦发生降雨，雨水将渗入土体，土体饱和度增加，吸力锐减并引起抗剪强度大幅度下降，当持续降雨的历时和强度超过一定程度时，则可导致土坡失稳。采用极限平衡分析方法，建立了一套能考虑水分入渗的非饱和土边坡的稳定性分析方法，该方法考虑在降雨后土坡水分为一分布场及抗剪强度参数为饱和度的函数。给出了一个计算实例。计算结果表明，降雨引起的土坡失稳往往为浅层破坏。     

考虑前期降雨过程的边坡稳定性分析

基于三峡库区实测降雨资料,研究了不同初始条件对不同土体边坡稳定性影响,建议了能够反映边坡含水状态的初始条件选取方法。在此基础上,采用非饱和渗流分析方法研究了前期降雨对不同土体边坡稳定性影响,以典型的砂土和黏土边坡为例初步探索了前期降雨对边坡稳定性影响规律。结果表明：初始条件对不同土体边坡稳定性影响不同;建议将多年平均降雨量对应的稳态渗流场作为初始条件进行非饱和渗流分析。边坡土体渗透系数越低,边坡稳定性受前期降雨的影响越大、影响时间也越长。砂土和黏土边坡稳定性分析时建议至少考虑15 d以上的前期降雨,对于砂土边坡还应根据这15 d前面5 d的降雨情况确定是否需要增加计算天数。短历时高强度前期降雨对砂土边坡稳定性影响更大,而长历时低强度前期降雨对黏土边坡稳定性影响更大。累积前期降雨量可以作为判断边坡最小安全系数出现时刻的依据。砂土边坡出现最小安全系数时刻与10 d累积前期降雨量最大的时刻较为吻合,而黏土边坡则与15 d累积前期降雨量最大的时刻较为吻合。     

降雨入渗下强风化软岩高填方路堤边坡稳定性研究

降雨入渗是影响边坡稳定性、导致边坡失稳的最主要和最普遍的环境因素。强风化软岩用于高填方路堤填土边坡时,填土的压实度直接影响路堤土的渗透性和强度。利用饱和与非饱和渗流有限元模拟降雨入渗时高填方路堤的暂态渗流场,将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于边坡的极限平衡分析,并考虑基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响。探讨降雨强度、持时和压实度对边坡稳定性的影响。研究表明,强风化软岩用于高填方路堤压实度不能低于90 %;当暴雨强度为200 mm/d时,边坡就会失稳。其成果将为高填方路堤边坡防护设计提供科学依据。     

Slope stability analysis in the Three Gorges Reservoir Area considering effect of antecedent rainfall

Effects of different initial conditions of pore water pressure distribution on slope stability are investigated based on rainfall data in the Three Gorges Reservoir Area. A method to incorporate the initial condition of pore water pressure distribution into the slope stability analysis is suggested. Then, sandy and clayey slopes are taken as examples to investigate the effect of antecedent rainfall on slope stability. Results indicate that the influence of antecedent rainfall on the slope stability increases as the saturated permeability coefficient of the soil decreases.     

An analytical solution for rainfall infiltration into an unsaturated infinite slope and its application to slope stability analysis

Surficial slope failures in residual soils are common in tropical and subtropical regions as a result of rainfall infiltration. This study develops an analytical solution for simulating rainfall infiltration into an infinite unsaturated soil slope. The analytical solution is based on the general partial differential equation for water flow through unsaturated soils. It can accept soil–water characteristic curve and unsaturated permeability function of the exponential form into account. Numerical simulations are conducted to verify the assumptions of the analytical solution and demonstrate that the proposed analytical solution is acceptable for the coarse soils with low air entry values. The pore‐water pressure (pwp) distributions obtained from the analytical solution can be incorporated into a limit equilibrium method to do infinite slope stability analysis for a rain‐induced shallow slip. The analysis method takes into account the influence of the water content change on unit weight and hence on factor of safety. A series of analytical parametric analyses have been performed using the developed model. The analyses indicate that when the residual soil slope, consisting of a completely decomposed granite layer underlain by a less permeable layer, is subjected to a continuous heavy rainfall, the loss of negative pwp and the reduction in factor of safety were found to be most significant for the shallow soil layer and during the first 12 h. The antecedent and subsequent rainfall intensity, depth of a less permeable layer and slope angle all have a significant influence on the pwp response and hence the slope stability. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.