降雨入渗条件下南京某砂岩风化土质边坡渗流及变形特征分析

以南京某砂岩风化土质边坡为研究对象,采用流固耦合数值模拟法,对不同降雨条件下边坡的稳定性进行研究。基于不同降雨强度和降雨历时,选取具有代表性的监测点来表征在不同降雨条件下坡体的饱和度、孔隙水压力和水平位移的变化。结果表明：当降雨历时相同时（12h、18h、24h）,随着瞬时降雨量的增大,坡面土体饱和速率和孔压变化越快;在同样的降雨等级下（小雨10mm/d、中雨43.2mm/d、暴雨77.6mm/d）,随着持续降雨历时的增大,雨水入渗加深,土体饱和区范围增大。     

预设节理条件下降雨型黄土滑坡模型试验研究

中国黄土高原滑坡灾害频发,且大多与降雨有关,而节理构造是导致黄土滑坡发生的重要因素之一。为进一步揭示节理对黄土滑坡的影响作用,本文以节理为研究切入点,基于实地考察,开展了预设节理工况下降雨诱发滑坡的大型物理模型试验。通过实时监测模型边坡内部土体含水率和孔隙水压力等指标参数随降雨过程的阶段性变化,分析了边坡内部节理裂隙的扩张与演化趋势,以及坡体位移和形变特征,对比揭示了节理的存在对于诱发滑坡的潜在机制及坡体响应规律。试验结果表明：节理对雨水在坡体内部的入渗具有明显的加速和促进作用,预设节理侧的边坡相对于不含节理侧,其土体含水率增速更快、增幅更大且影响范围更广;位于模型边坡中部的节理裂隙的张开度最大,含节理侧坡体的裂隙张开度约为不含节理侧的2倍,滑坡发生时,含节理侧的孔隙水压力的上升幅度相对较大;土体含水率对降雨的敏感度和变化幅度与埋深成反比,坡体浅表部含水率的响应较快且波动较大,而深部则相反。研究结果可为进一步厘清黄土滑坡的成因及破坏机理提供试验依据和理论参考。     

三峡库区降雨型滑坡入渗特征及变形机制——基于一维和二维模型试验研究

强降雨诱发古滑坡的浅层变形是三峡库区最为严重的地质灾害,因此,探索暴雨作用下滑坡土体的入渗规律及其浅层变形机制具有重要的研究意义。以三峡库区的降雨型滑坡为研究对象,统计了降雨型滑坡土体的渗透特性分布特征,考虑强降雨作用,分别开展一维土柱入渗试验和二维滑坡模型试验,研究了不同降雨强度条件下滑坡土体的入渗特征以及对应的滑坡浅层变形机制。降雨入渗试验结果表明：降雨入渗土体的速度取决于降雨强度与土体渗透系数的相对大小,当降雨强度小于或等于土体渗透系数时,入渗能力随降雨强度增大而增大。当降雨强度大于土体渗透系数时,入渗能力反而随之减小。模型试验结果表明：强降雨入渗时,会造成地表土体暂态饱和,表层土体以下非饱和区内的气体被暂态封闭并受到表层孔隙水压力作用而压缩,导致孔隙气压力随降雨入渗迅速增大。对于三峡库区的降雨型滑坡,短时的暴雨会产生瞬态饱和区。封闭气体,这也是影响强降雨入渗能力的主要原因;同时封闭气体传递水压使得浅层土体的孔隙水压力骤增,这也是许多滑坡发生浅层变形和破坏的主要原因。     

黄土-泥岩接触面滑坡的两种雨型模型试验

黄土边坡变形失稳机理研究对于黄土滑坡灾害防治具有重要意义。黄土-泥岩接触面滑坡作为黄土滑坡类型之一,研究人员已对其失稳基本过程与形成机理有较为清晰的认识。但对于其在不同降雨类型下,特别是强降雨条件下的变形破坏过程则有待进一步探讨。因此,本文对黄土-泥岩接触面边坡开展室内降雨模型试验,研究其在强降雨条件下斜坡变形破坏模式。试验设计连续强降雨和间断强降雨两种降雨条件,对比分析两种降雨条件下边坡雨水入渗规律及变形破坏模式。结果表明:在两种典型降雨模式下,雨水入渗速率由边坡前缘至后缘逐渐降低;在坡体表层,随着降雨由间断至连续过渡,入渗速率逐渐增加;在坡体深部,入渗速率受边坡结构影响;间断降雨下边坡呈现滑移-拉裂失稳;在连续降雨条件坡体则表现为蠕滑-拉裂破坏。     

滑坡对降雨的动态响应及其监测预警研究

以福建德化县彭坑滑坡为例,基于非饱和土力学理论,结合滑坡实际监测数据,利用有限元法对坡体在雨水入渗条件下的渗流、变形特性和稳定性进行计算和分析,研究滑坡对降雨的动态响应和不同工况下安全系数和位移的关系。结果表明:滑体结构松散,易于雨水入渗,改变基质吸力空间分布,弱化岩土体参数; 持续降雨会使地下水位上升,坡脚发生变形,牵引坡体后缘产生拉裂,直至在降雨期间产生以非饱和区域为主的滑坡。强降雨初期,边坡安全系数下降较快,易发生滑坡; 雨停后安全系数会因雨水持续下渗而进一步降低,应注意雨后滑坡的产生; 同样水分在不同坡体部位对稳定性影响不同,安全系数有消有涨,存在时空效应。最后为反映地下水位线和降雨条件变化对边坡产生危害的程度,提出危险系数概念,建立危险系数与增量位移的关系,实现边坡测点位移变化的阶段式预警。研究结果和方法可为类似工程的治理和监测预警提供有意义的参考。     

降雨入渗下非饱和坡残积土湿润锋运移试验研究

我国东南沿海地区丘陵山地发育，降雨入渗到土体中的水分是导致滑坡灾害频发的关键因素。以福建省泉州市德化县地质灾害点为主要研究对象，考察典型地质灾害点具有代表性的坡积土与花岗岩残积土的渗透特性。利用自行研制的土体入渗装置，分别在降雨强度为15、30、60 mm/h条件下，考虑降雨历时一致（180 min）与过程降雨量一致（90 mm）两种工况开展一维土柱入渗试验，得到相应的各个土柱含水率、湿润锋、入渗率随时间变化的响应规律。试验结果表明：（1）土体渗透系数越大、雨强越大，土体湿润蔓延距离越深、速度越快。（2）降雨入渗过程中，土体含水率由浅及深逐次对降雨进行响应。不同雨强对含水率的影响主要体现在第一次响应时间以及饱和速度上，雨强越大，响应时间越快，饱和速度也越快。（3）提出可表征在不同雨强作用下，德化县马坪滑坡与崩土岭滑坡的湿润锋入渗公式。该研究成果对台风暴雨型滑坡的孕灾机制分析以及精细化监测预警具有重要的理论及实际意义。     

土石混合体边坡人工降雨模拟试验研究

降雨入渗是诱发土石混合体边坡失稳的主要因素之一,此类问题一直受到人们的关注,但对此问题的研究不够系统和深入。为了对降雨入渗诱发下土石混合体滑坡的失稳机理有较深的了解及研究边坡性状随时间变化的一些重要特性,在上瑞高速公路贵州段选取了一个典型的土石混合体边坡进行人工降雨模拟试验和原位综合监测。监测成果表明：降雨入渗影响下土石混合体边坡的滑动变形区为坡面以下0～4 m之间,变形量以坡面最大,从坡面到坡体深部逐渐减小;在实施降雨的前2 h,平均入渗百分率为86 %,之后,入渗率由于地表径流的增加而随时间逐渐减少,一段时间(6 h)之后,入渗率降到一个相对稳定值(50 %);降雨入渗造成土体中孔隙水压力增加,致使边坡土体的抗剪强度由于有效应力的减少及土体吸水软化而降低,降雨入渗的这一双重效应可能是降雨诱发土石混合体边坡失稳的主要原因之一。     

降雨条件下非饱和土滑坡渗流变形模拟分析及工程治理

以G104国道丁山服务区西侧滑坡为研究对象,根据勘查和室内试验结果,结合反演方法确定滑坡滑带土强度参数。设定了降雨入渗模型、建立滑坡体数值模型,运用非饱和土渗流理论对边坡进行渗流场和应力场耦合分析。通过有限元方法模拟降雨96h,对孔隙水、渗流、位移和边坡稳定性分析。结果表明:降雨过程中,孔隙水压力与坡体位移有明显相关性,坡顶X分量位移较大,坡体的浅层、坡体上部孔压及位移变化较大,因而容易引发后缘拉裂缝、浅层滑塌,降雨后期坡体持续蠕移,引发边缘剪切裂缝,进而诱发整体性滑坡。削坡和挡墙能够提高坡体稳定性,格构、绿化、截排水工程能够减小降雨对坡顶稳定性的影响。     

降雨条件下黄土边坡现场试验研究

黄土边坡的变形破坏多发生于降雨期间,由此也造成了大量的损失。为减小降雨诱发黄土滑坡的影响,开展降雨型滑坡现场实验研究,具有现实意义。本文选取泾阳一天然黄土边坡为研究对象,利用自行设计的模拟降雨系统,设计并进行了3组不同雨强下的大型黄土边坡人工模拟降雨试验,旨在研究不同雨强条件下天然黄土边坡的入渗规律及变形破坏模式。通过对边坡内埋设的土壤水分传感仪、土压力盒和张力计管的读数变化及试验现象进行分析,进而得出降雨条件下大型黄土边坡现场试验的变形破坏规律,总结出该类边坡的水分入渗规律和变形破坏模式。试验结果表明,边坡入渗呈现一定的规律:降雨条件下,坡肩入渗深度和速率最大,坡脚次之,坡面最小;同时,降雨强度越大,雨水入渗速率越快,入渗时间越长,边坡相同位置处体积含水率和土压力增大幅度越大,基质吸力减小的幅度越大。降雨条件下天然黄土边坡的变形破坏模式为:坡肩侵蚀及侵蚀扩展→坡面裂隙形成扩展→坡肩裂隙形成扩展→局部滑塌;若继续降雨,则坡肩局部裂隙逐渐贯通进而形成滑面,最终导致滑坡发生。     

滑坡对降雨响应的多指标监测及综合预警探析:以赣南罗坳滑坡为例

降雨量和位移是当前降雨型滑坡监测预警最常用的指标。然而,降雨量和位移监测结果只能反映降雨作用下滑坡的变形情况,不能揭示滑坡内在物理力学性状对降雨的响应。因此,除降雨量和位移监测之外,建立包括体积含水率、基质吸力等反映滑坡动态演化过程的关键指标监测体系必将成为今后更真实地把握滑坡内在演化趋势、更准确地建立滑坡综合预警判据的最有效手段。笔者对赣南地区典型降雨型滑坡进行了多指标监测及综合预警示范研究。结果表明:(1)在降雨条件下滑坡土体内部体积含水率、基质吸力和温度等多指标均产生有规律的动态响应;(2)随着降雨的持续,滑体体积含水率与基质吸力的变化均具有显著的滞后现象;(3)体积含水率和基质吸力变化速率与滑体位移具有显著的正相关性;(4)滑体温度分布变化规律受大气温度和体积含水率的共同影响。以实测数据的滑坡稳定性分析为基准,在考虑实际降雨入渗深度与滑坡稳定性的关联度上,建立了包括日降雨量、体积含水率增加速率、基质吸力减小速率以及位移速度多元指标预警方法体系,提出了基于关键指标综合预警体系及确定方法,旨在为降雨滑坡准确预警提供新模式。     

台风暴雨型土质滑坡演化过程研究

台风暴雨型滑坡是我国东南丘陵山地主要的滑坡类型,揭示其失稳演化规律对东南丘陵山地台风暴雨型土质滑坡监测预警具有重要的理论及实际意义。本文以福建泉州德化石山滑坡为研究对象,结合现场地质勘察资料,建立滑坡物理与数值模型对其变形演化过程进行模拟,探究边坡失稳涉及的渗流和变形位移等规律。研究结果表明:(1)初期雨水以垂直入渗坡体为主,且入渗速率较大;后期入渗速率随坡体饱和度增加而减小。有前期小降雨的情况下,坡脚位置更易出现积水饱和现象;(2)雨水入渗是导致坡体稳定性下降的主要原因:在暴雨工况中E3(模拟全程降雨为暴雨雨强100 mm·d-1)中,稳定系数保持下降,从1.197降至1.125;在双峰暴雨工况E4(前期30 mm·d-1小雨强降雨,后期100 mm·d-1暴雨雨强降雨)中,小雨强降雨过程中稳定系数基本保持不变,从1.197降至1.188,当暴雨一开始,稳定系数骤降至1.060;(3)台风暴雨型滑坡位移演化过程具有阶段性特征:压缩沉降微变形阶段,该阶段位移曲线变化平缓,基本不发生位移;匀速变形阶段,该阶段位移匀速增长,位移速率不变;加速变形阶段,加速变形直至失稳阶段,破坏迅速,具有突发性,曲线呈非线性;(4)当前期发生小雨强降雨(降雨强度≤30 mm·d-1),后期突发大暴雨雨强降雨(降雨强度≥100 mm·d-1)情况下滑坡的发生具有突变性,在试验中暴雨初期位移骤增20 mm,而后快速发展到90 mm左右。     

降雨诱发浅表层黄土滑坡机理实验研究

黄土较松散,内部大孔隙和垂直节理发育,因其特殊的结构为雨水的快速入渗提供了通道。降雨型黄土浅层滑坡已造成了大量的经济损失与人员伤亡。为了有效减轻降雨诱发黄土滑坡对社会和经济的影响,开展降雨型滑坡室内实验研究,具有重大的现实意义。本文旨在研究不同降雨形式和不同坡体结构对黄土斜坡变形破坏过程影响,设计并进行了3组室内物理模型实验,分别为持续强降雨斜坡实验、持续强降雨斜坡（带垂直节理）实验和间歇性强降雨斜坡实验,且每组斜坡内埋设体积含水率传感器、基质吸力传感器和孔隙水压力传感器3种传感器记录其内部变化。通过对每一个黄土斜坡体内传感器的读数变化及实验现象进行分析,同时对不同实验条件下实验过程及结果进行对比,进而得出降雨条件下浅表层黄土滑坡的变形破坏规律,总结出该类滑坡的破坏模式及其诱发机理。实验前期,随着体积含水率不断增大,基质吸力逐渐减小至基本稳定,土体强度随之减小,实验后期上部土体饱和,斜坡产生的变形和土体排水不畅产生了超孔隙水压力,有效应力随之减小,土体强度减小至最小,导致滑坡产生。同时,坡体结构对斜坡稳定性的影响大于降雨形式的影响。     

湘西陈溪峪滑坡变形机理及稳定性评价

浅层滑坡在我国广泛分布,但在区域范围内分布规律性较差,且具有突发性、隐蔽性和破坏性强等特点。湘西武陵山区地质条件复杂、降雨丰沛、人类工程活动强烈,突发性地质灾害频发,尤以降雨诱发的浅层滑坡为主。文章以湘西地区慈利县陈溪峪滑坡为例,开展了降雨量、基质吸力、地下水位和地表变形等的监测;结合滑坡的现场调查及监测成果,分析滑坡的形成条件和变形机理;在此基础上,考虑基质吸力对边坡稳定性的贡献,将强度折减有限元法推广到非饱和土边坡,计算得到了不同降雨工况下滑坡稳定性。结果表明:当强降雨降落到滑坡体上时,坡内基质吸力值均迅速减小,直至一定值后（9.5 kPa左右）不再变化;坡内地下水位受季节性降雨影响显著,短时强降雨引起地下水变化幅度不如长时间降雨对地下水位造成的影响大;陈溪峪滑坡的地质力学成因为蠕滑推移式土质滑坡,运动形式为沿基覆界面的浅层滑坡;短时强降雨是诱发滑坡变形的最关键因素。陈溪峪滑坡在持续降雨条件下的降雨量预警值约为280 mm,在短时强降雨条件下的降雨强度预警值约为240 mm/d。     

基于弹性波波速的降雨型滑坡预警系统

降雨是诱发滑坡最主要的因素。为减少滑坡灾害造成的人员伤亡和经济损失,滑坡早期预警系统成为了最佳选择之一。根据弹性波传播的基本原理和基于降雨型滑坡变形破坏的特点,提出利用弹性波波速来反映边坡表面土体含水率和位移的变化。开发研制了一套三轴渗流-弹性波测试三轴仪和相关系统。该装置能让水从底部渗入土体,模拟降雨入渗土体的过程,同时能测试弹性波波速。试验过程中同步测试含水率、变形和弹性波波速的变化。还进行了降雨滑坡模型试验。利用三轴弯曲元注水试验和降雨滑坡模型试验,深入分析和研究降雨引起的土体滑坡过程与弹性波波速演化规律,揭示波速与含水率和变形的耦合关系。研究结果表明,弹性波波速随着含水率的增大而缓慢减小,随着变形的增大而急剧减小,临近失稳时,波速骤然减小。根据试验结果对含水率和变形导致弹性波波速减小可能的机制进行了解释,提出弹性波在波速骤然减小时发出滑坡预警。研究结果为滑坡防灾减灾和预测预报提供新的方法和可靠的依据。     

降雨诱发直线型黄土填方边坡失稳模型试验

近年来,随着“治沟造地”和“固沟保塬”等工程在黄土高原的陆续开展,出现了许多直线型黄土填方边坡。降雨是诱发边坡失稳的重要因素,但对降雨诱发直线型黄土填方边坡变形演化特征和破坏模式的研究较少。以直线型黄土填方边坡为研究对象,通过传感器监测、三维激光扫描和人工降雨,开展室内降雨模型试验,记录了降雨入渗下边坡内部水文响应特征和边坡失稳破坏过程,并对湿润锋、土颗粒运移、坡体内部变形响应、裂缝演化特征及破坏模式进行了分析。试验结果表明:随着降雨入渗,湿润锋达到后,体积含水率增加,并在峰值后保持稳定,而基质吸力则减小,到达最低点后保持稳定。冲沟对填方边坡的影响较大,它的发育改变了坡体内含水率特征,同时也是控制边坡整体滑动的边界;边坡变形响应区域主要是以填方边坡前缘堆积区和后缘滑塌区为主;裂缝演化方向由边坡前缘向后缘发展,它的发育为雨水入渗提供优势通道,同时也加剧边坡的变形破坏;降雨形成的水动力驱使坡体中细颗粒从填方边坡后缘向前缘流失,减弱了土体颗粒之间的胶结能力,使其抗剪强度降低,进而使边坡失稳破坏。因此,在降雨入渗下,直线型黄土填方边坡的变形破坏模式为:坡顶冲沟破坏、坡脚软化→局部牵引坍塌、整体失稳→块体分割、流滑破坏。研究结果可为直线型黄土填方边坡的工程建设和滑坡灾害防治提供理论参考。     

强降雨作用下强风化泥岩降雨入渗特性试验研究

土体降雨入渗特性是实施坡面泥石流和土体滑坡发育过程研究的重要因素。研制了人工降雨土柱入渗试验装置,实施了10、20、30、40、50、60 mm/h共6种降雨强度下强风化泥岩的入渗试验,最长降雨历时105 min。试验结果表明：可将土体入渗过程可分为无压入渗、有压入渗和饱和入渗3阶段,其中土体的入渗率在无压入渗阶段和饱和入渗阶段均随降雨历时增长近似为常数,在有压入渗阶段则快速降低;通过定义降雨作用下土体入渗锋,包括初始入渗锋和终止入渗锋,分析了入渗锋所处位置随降雨强度的变化关系,初始入渗锋和终止入渗锋之间的幅值随降雨强度的增大而变宽;提出了可表征重庆地区侏罗系强风化泥岩入渗过程的土体降雨入渗公式。研究成果对于构建重庆地区降雨诱发型滑坡及坡面泥石流的预测预报模型有积极意义。     

降雨条件下酉阳大涵边坡滑动机制研究

以某厚堆积层滑坡为例,基于非饱和土力学理论,利用有限元方法,对雨水入渗条件下坡体的渗流及动态稳定性进行了计算和分析,研究了水分在坡体内的运移对边坡稳定性的时间效应。结果表明：边坡堆积体结构松散,土体强度差,边坡前缘坡降大,坡脚的开挖,为滑坡形成提供了便利条件;强降雨条件下使得坡脚附近首先发生变形失稳,牵引坡体后缘产生张拉裂。雨水沿坡面入渗,在坡体内形成渗流场,弱化岩土体参数,同时坡面形成饱和径流,使滑坡体前缘产生向下的渗透力,促使前缘坡体发生滑动,进而引发分级坡体产生滑移;强降雨初始阶段,滑坡体安全系数降低较快,很容易发生滑坡。该研究揭示了降雨入渗诱发厚堆积层边坡滑动机制,并以此建议采取以截、排、堵措施对边坡进行排水,同时设置嵌岩锚索抗滑桩及进行削坡清方措施对边坡进行综合治理,通过稳定性计算,效果良好。     

降雨条件下多层结构喷出岩滑坡孔隙水压力变化与稳定性分析

多层结构喷出岩滑坡的形成条件和内部岩层组合都十分特殊。以浙江省下个寮滑坡为例,分析滑坡变形与降雨之间的关系,并采用数值模拟对坡体内部孔隙水压力和稳定性进行分析。结果表明:因为多次间隔喷发形成的强、中风化交替岩层,致使坡体内部岩体力学性质不统一。当降雨持续进行时,由于渗透性低的中风化夹层存在,深部岩体比浅部接受降雨入渗相对滞后,且前部岩体孔压变动较后部更迟缓,雨水入渗易在渗透系数较低的中风化层中受阻,并顺层面排泄,从而产生软化作用,联合坡体内部渗流场的变动,推动滑坡变形。     

强降雨对库岸堆积体边坡稳定性影响的离心模型试验和数值模拟研究

堆积体广泛分布于我国西南大江大河的河谷地带,在降雨条件下其稳定性直接关系到大坝的安全稳定。设计了水库库岸堆积体边坡强降雨离心模型试验系统,开展了强降雨诱发库岸堆积体边坡失稳离心模型试验,对降雨作用下滑坡地质演化及灾变过程进行研究。基于试验结果,进一步开展数值模拟研究,分析了满库容不同降雨强度下强降雨对不同库水位及堆积体渗透性的边坡稳定性影响。结果表明：水库蓄水阶段堆积体边坡前缘在浮托力和泡水软化作用下造成抗滑力下降。但指向坡体内的渗透压力对坡体起到加固作用。两种竞争机制作用下产生的后缘细微裂缝对降雨阶段边坡变形发展产生重要影响。降雨主要造成坡表侵蚀及径流,少部分从裂缝入渗造成后缘浅层下沉。若不加处理,则边坡有可能发生推移式整体破坏。因此,库岸堆积体边坡后缘裂缝的处置是地质灾害防治的关键。     

土坡前端推力对降雨入渗响应的试验研究

降雨入渗可引起坡体前端推力发生显著改变,影响土坡的稳定和安全。利用构建好的降雨模拟和监测系统,对降雨诱发非饱和残积土坡失稳过程进行全方位、多参量的实时监测,着重分析不同位置、坡度、密实度和不同降雨条件下坡体前端推力的时变规律。结果表明:边坡上部土体含水率、吸力、坡体变形和下滑推力变化幅度较大,速度较快,而下部土体变化幅度较小,速度较慢;坡体前端推力变化可分为缓慢增加、加速上升和雨后衰减3个阶段,降雨过程中陡坡和高密实度边坡反映较为强烈,下滑推力峰值大于缓坡和低密实度边坡;降雨作用下新边坡坡体应力状态变化明显,较易失稳,而老边坡则相对比较稳定;高密实度和陡坡坡体内部的高应力区域在二次或多次降雨后可完全释放,边坡具有高水平的雨后剩余下滑力和更显著的土体软化效应。研究成果对进一步揭示闽东南地区降雨入渗对非饱和土坡的影响机制及对非饱和土强度与稳定性的弱化作用具有重要的理论及实际意义。