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。     

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。     

降雨诱发填方路堤边坡变形机制物理模拟研究

填方路堤变形失稳是西部山区工程建设的常见问题。重庆某高速公路边坡为典型的堆载条件下降雨诱发型滑坡,填方堆载后,填方边坡在连续降雨条件下,沿基岩之上的软弱面产生滑动破坏。定性分析认为,降雨在滑坡形成中起着关键作用,为了研究填方边坡在降雨条件下的变形破坏机制及孔隙水压力与变形之间的关系,采用物理模拟方法研究边坡变形失稳的全过程,分析孔隙水压力随降雨时间的变化规律及其与变形破坏的关系。研究结果表明：边坡后缘大方量堆载,改变了其应力条件,是滑坡产生的主要因素。场地施工改变了原有的地表水环境,连续强降雨致使大量下渗的雨水,不仅显著改变坡体应力条件,而且雨水沿着滑面运移软化滑带,是滑坡产生的重要诱发因素。孔隙水压力在坡体失稳过程中起着关键作用,填方体土碎屑、泥质含量大,下渗的雨水携带上部细小颗粒及滑带泥质成分至滑带附近,堵塞地下水消散通道,表现为坡体变形积累,孔隙水压力增加;边坡变形陡增,孔隙水压力降低。该滑坡破坏分为降雨下渗、滑带饱水软化、后缘产生裂缝、裂缝贯通-整体滑动4个阶段,为蠕滑-拉裂式滑坡。     

不同含石量条件下TBM渣料降雨入渗特性试验研究

降雨是大型堆积体边坡失稳的主要诱发因素之一,研究大型堆积体降雨入渗规律,有助于揭示其致灾机理,并指导大型堆积体防灾减灾工作具有重要价值。鉴于此,本文基于TBM渣料独特的针片状形状和定向堆置结构,开展土柱试验研究,揭示不同含石量条件下TBM渣料降雨入渗规律。研究结果表明：由于TBM渣料定向堆置结构的影响,在含石量较高条件下,岩块倾向侧湿润峰运移距离更远,表现出显著的非均匀入渗特征;当含石量为70%时,土体结构转变为骨架结构,岩块间架空,大孔隙增多,水流沿孔隙顺向渗流,渗流速率加快,并在边壁出现明显聚集现象,加剧了两侧湿润峰运移的差异;随着降雨入渗,基质吸力逐渐降低,与体积含水率变化规律相反;而含石量越高,试样的饱和含水率越低。研究成果将弥补当前对针片状定向排列结构土石混合体降雨入渗规律研究的不足,为TBM弃渣场降雨稳定性分析工作提供理论支撑。     

鄂西北山区降雨型边坡失稳模式和评价方法

2003年6月的一次连续降雨诱发了鄂西北山区郧漫公路沿线多处边坡失稳。根据边坡岩土体的组成和结构特征,总结出了5种典型的暴雨型边坡失稳模式:浅层堆积体滑移、含软弱面顺层滑移、切层边坡水压劈裂破坏、碎裂岩似弧形追踪破坏和块裂岩楔体滑移。根据边坡破坏特点和降雨作用形式提出了相应的评价方法,认为浅层堆积体在暴雨下含水量,即85%~100%液限含水量时易发生滑移,通过平面无限斜坡评价法计算边坡稳定性;含软弱面顺层边坡及块裂楔形体均为剪切滑移失稳,采用简化的刚体极限平衡法计算其稳定性;切层边坡中陡倾裂缝经历了卸荷张开－水压开裂－贯通破坏的过程,通过Ⅰ型裂缝扩展判据评价边坡稳定性;碎裂岩边坡发生类似弧形滑移的追踪破坏,采用连续介质圆弧法计算边坡稳定性。     

毛家河水电站堆积体边坡稳定性评价及治理措施

毛家河水电站堆积体主要由松散工程地质岩组和完整性差的软质工程地质岩组组成。堆积体边坡上各种永久和临时建筑设施的重建和运行,破坏了堆积体边坡原始地形地貌,加之强降雨的影响,加剧了坡体的变形破坏。采用理正岩土计算软件对毛家河水电站堆积体滑坡进行稳定性计算,结果显示堆积体在正常工况下处于稳定状态,在暴雨或连续降雨状态下处于不稳定状态,遭遇强降雨还会继续滑动。提出对堆积体采用削坡减荷、排水、抗滑桩等综合治理方案。     

赣南地区人工切坡降雨致灾机制现场模型试验

赣南地区滑坡等地质灾害频发,降雨和人工切坡是该地区地质灾害的最主要诱发因素,物理模型试验尤其是现场模型试验是揭示滑坡发生机制的最有效手段。以赣南地区某风化变质岩人工切坡为研究对象,自主设计降雨模拟系统,布设有4个含水率、孔压监测孔及两处位移监测点,开展现场人工模拟降雨试验。研究边坡土体含水率、孔隙水压力以及位移与降雨过程的响应关系,探索持续强降雨作用下风化变质岩边坡的入渗规律,并揭示变质岩风化土坡的变形失稳模式。结果表明:降雨后土体含水率的变化存在滞后,雨水开始入渗后含水率持续增加,含水率增大幅度随其深度增大而减小;各测孔浅层土体孔压值降雨入渗过程响应明显,表层1 m以下土体一直处于非饱和状态;监测点位移与含水率变化速率呈明显的正相关,边坡变形主要集中于含水率变化明显的边坡一侧;边坡位移与孔压值变化响应明显,边坡内部土体发生剪胀变形现象使得孔压值降低,边坡变形速率随即减小;强降雨条件下陡峭人工切坡的变形破坏过程可归纳为3阶段:陡峭坡面分散坍滑,平台形成拉裂缝,边坡大范围垮塌。     

不同压实度下黄土填方边坡失稳的模型试验研究

黄土填方边坡在降雨入渗下容易发生滑坡。为了探讨降雨入渗下压实度对黄土填方边坡变形破坏机制、失稳模式以及滑动机理的影响,基于室内降雨系统,结合传感器监测和三维激光扫描技术,开展了边坡压实度为80%（低压实度）、90%（中压实度）、95%（高压实度）的降雨模型试验研究,分析了压实度对填方边坡体积含水率、基质吸力以及变形破坏过程的影响规律。结果表明:压实度的不同,边坡首先破坏的位置不一。中、高压实度下的边坡最先破坏发生在坡脚处,表现出滑塌破坏;而低压实度则是在坡顶,为湿陷沉降破坏。边坡压实度越大,其变形破坏过程持续时间越长,所需累积雨量就越大,但滑动距离和滑面深度越小。随压实度的增加,边坡破坏模式由深层整体破坏向浅层多级破坏转变。低压实度边坡为湿陷沉降-深层蠕滑拉裂式,中压实度边坡为深层蠕滑拉裂式破坏,而高压实度边坡则为浅层多级后退式失稳。     

某堆积体滑坡成因机理及稳定性分析

选取石渠县G215线上某滑坡点作为研究对象。基于详细地勘资料,定性分析堆积体滑坡的孕育过程与地层岩性、地形条件、气候、地震、降雨等诸多因素的关系;同时提取出主滑面典型地质剖面,以公路为界,将边坡分为上、下边坡两个区域,对边坡进行定量稳定性评价。计算结果显示路线左侧上边坡、右侧下边坡的现状分别为欠稳定、基本稳定状态,在降雨等外部因素影响下分别为不稳定、欠稳定状态。综合结果表明强降雨是诱发堆积体滑动变形的主要原因。     

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。     

强降雨作用下黄土陡坡开裂特性测试

降雨诱发黄土边坡失稳具有严重的破坏性。为了研究强降雨条件下黄土陡坡的开裂特性,在陕北吴起开展了黄土陡坡现场人工模拟中雨和大雨试验,分析了坡体含水率及土压力响应,总结了边坡开裂特征、开裂模式及土工布隔离槽的工程效应。研究结果表明：24 h中雨条件下黄土陡坡含水率和土压力上升幅度有限,而144 h大雨条件下边坡表层形成较大厚度的临近饱和区且表层土压力增长明显;144 h大雨条件下黄土陡坡的破坏顺序为坡顶开裂—坡面鼓胀—局部滑动贯通,并且坡顶开裂具有易发性和先导性;边坡破坏模式为自坡顶至坡面的贯通浅层破坏。     

考虑降雨条件的堆积体滑坡多场特征研究

重庆市西泉街滑坡于2007年7月中旬遭遇115a一遇的强降雨,导致滑坡产生明显的变形破坏现象,本文在滑坡实际勘察工作的基础上,基于饱和-非饱和渗流理论,考虑降雨入渗的影响,利用有限元分析软件Geo-Studio的不同模块模拟了不同降雨条件下滑坡稳定性的变化情况,进一步对不同降雨条件下滑坡的渗流场、应力场和位移场特征进行了综合分析。研究结果表明:（1）降雨作用下堆积体滑坡体内渗流场和位移场具有很好的相似性,即滑坡体内地下水流速矢量和位移矢量绝对值变化规律具有一致性;（2）滑坡前后缘的位移量与降雨强度和降雨历时均呈正相关性,且滑坡前缘位移量比后缘大;（3）大雨、暴雨和大暴雨持续作用下,XY向最大剪应力在滑坡前缘及前缘陡坎处集中,有局部产生滑动的趋势,而在特大暴雨持续作用下,XY向最大剪应力在滑带附近分布相对均匀,有整体产生滑动的趋势;（4）强降雨作用下堆积体滑坡模拟得到的变形破坏规律主要表现为滑坡前缘首先产生的鼓胀变形破坏牵引滑坡后缘产生拉张变形破坏,破坏规律与实际相符。     

降雨作用下碎石土滑坡解体变形破坏机制研究

为了揭示碎石土滑坡的变形解体破坏机制,结合工程实例,通过资料搜集整理和分析、现场工程地质调查与勘探和室内外的物理力学试验,采用不平衡推力法、数理统计分析方法和三维弹塑性接触有限元算法,以及运用碎石土边坡地下水管网状排泄系统理论,分析降雨作用下碎石土滑坡的变形解体破坏过程,揭示了降雨作用下中深层碎石土滑坡变形解体破坏的主要机制和一般的力学机制。结果表明,一定强度的长时间连续降雨或强降雨是中深层碎石土滑坡发生失稳的主要触发因素;采用考虑降雨作用的弹塑性接触有限元算法,可以更好地反映该类型滑坡在降雨作用下所处的实际状态及滑坡的滑动过程,可以为该类型滑坡稳定性的准确评价和预测预报提供可资借鉴的方法。     

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。     

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。     

地表入渗对下海州矿边坡稳定性影响研究

通过对海州矿滑坡因素的统计分析，得出降雨及地表水入侵诱发滑坡27次，其稳定性影响因素位居第二。在此基础上，建立了海州矿某断面的数学模型，并对边坡地表入渗的规律进行了研究，得出了边坡在降雨及地表入渗过程中基质吸力的变化规律以及水压力的分布、变化规律，有利于更好地了解地表入渗影响下的边坡失稳机制。     

非饱和地震滑坡堆积体降雨破坏水-力耦合行为试验

降雨滑坡的水-力耦合过程和机制研究是开展准确预测预报的基础和前提。选取典型滑坡模型,采用足尺人工降雨模型试验模拟了典型砾石土滑坡堆积体破坏过程,并采用Brooks-Corey(BC)和Van Genuchten(VG)模型分别建立了降雨入渗吸湿过程的土-水特征曲线,再通过一维非饱和无限边坡稳定性分析模型对滑坡开展应力状态和稳定性分析,揭示了斜坡破坏过程是优先流和基质流的双渗流场共同作用的结果,而VG模型适用于吸湿条件下宽级配砾石土优先流的土-水特征曲线的重构;稳定性计算和试验过程的对比分析表明,试验中斜坡的变形破坏过程中观测到的含水率、基质吸力和地表倾斜角度的变化过程与计算的吸力应力、稳定系数的演进过程有显著的对应关系。通过试验还揭示了非饱和滑坡堆积体渗流潜蚀现象,定量分析了细颗粒迁移程度。基于物理模型试验,揭示了降雨激发条件下滑坡堆积体形成优先流作用的土-水特征曲线和变形破坏的水力耦合过程,可为地震滑坡堆积体非饱和失稳的预测预警提供参考和基础。     

降雨条件下松散堆积体边坡稳定性离心模型试验研究

采用新型介质雾化喷嘴离心场降雨模拟设备,进行了模拟降雨及格栅支护措施条件下松散堆积体边坡的离心模型对比试验。离心机模型与原型试验比尺为1:80,试验过程通过非接触定点高速摄影系统并结合粒子图像测速（particle image velocimetry）技术分析了试验过程中边坡的位移场变化。试验结果表明,松散堆积体边坡在未降雨条件下是十分稳定的;在进行模拟降雨后,边坡顶部沉降及坡面水平位移随降雨量的增大逐渐发展,尤其边坡表面区域发生明显变形;边坡的破坏模式有别于传统的圆弧滑动,在持续强降雨作用下,坡面逐层产生破坏,最终形成泥石流形态;通过采取坡面土工防护格栅支护条件后,堆积体边坡在降雨条件下稳定性显著提高,故采用边坡防护格栅是提高松散堆积体边坡稳定性的有效途径。     

卢家湾大桥堆积体滑坡稳定性分析及处治措施研究

堆积体边坡普遍结构松散,稳定性差,多处于基本稳定或者临界滑动状态,在降雨、地震、施工开挖扰动等条件下,边坡极易因变形过大而失稳。以大永高速卢家湾大桥堆积体滑坡为例,通过地质调绘结合勘探成果,在掌握地层岩性、地质构造及水文地质条件等地质背景基础上,用传递系数法和刚体极限平衡法分析了卢家湾大桥滑坡堆积体的稳定性,并提出抗滑桩+锚杆的支护治理方案。利用有限元软件对加固后的边坡进行数值模拟,结果表明:边坡为复合型边坡,长时间强降雨水下渗至地下,地形上受工程建设开挖形成的临空面影响,导致了该边坡的失稳;经过计算,综合治理后坡体稳定性系数为1.2;滑坡监测数据表明,治理后坡体位移迅速收敛并趋于稳定,表明滑坡治理方案有效。工程研究成果可为今后类似工程提供参考。     

汶川地震强震区地震诱发滑坡与后期降雨诱发滑坡控制因子耦合分析

本文以汶川地震强震区北川县典型研究区为例,利用高分辨率航片、SPOT5卫星图像对北川县典型研究区进行了512地震之后和924降雨之后诱发的滑坡解译,解译结果显示:512地震诱发滑坡1999个,924强降雨诱发滑坡828个,924强降雨导致原有地震滑坡面积扩大的滑坡150个。研究表明:地震和强降雨都是诱发滑坡的动力成因,924强降雨诱发的滑坡面积是512地震诱发滑坡面积的1/4倍,强降雨诱发滑坡的数量增加了41.4%; 强降雨不仅诱发新的滑坡,而且促使原来地震滑坡复活,并扩大其面积,强降雨导致地震诱发的滑坡面积扩大了原面积的68.7%。同时,在遥感解译数据基础之上,开展地震诱发滑坡与降雨诱发滑坡规模对比和控制因子耦合分析及地震与降雨耦合灾害链模式研究,为进一步分析研究地震灾区滑坡的产生、发展趋势、危险性和风险评价等预测预报提供科学依据,也为汶川震区恢复重建中的减灾防灾提供决策参考。