开挖与降雨作用下边坡失稳机理及模拟分析

边坡开挖和降雨通常是导致边坡失稳的重要原因。本文以湖南湘西山区某国道扩建开挖边坡为研究对象,基于现场边坡监测结果和数值模拟分析,研究了在边坡开挖和降雨条件下坡体变形位移的过程。结果表明:边坡的破坏是一个渐变的过程,不同的影响因素对边坡的影响不同。开挖切方是浅层坡体失稳的诱发因素,开挖切方破坏了坡体的应力平衡,使坡体的应力重新分布,并在坡体中产生浅层的滑动面。雨水的入渗是坡体深层滑动面的诱发因素,雨水沿着裂缝渗入坡体,使浅部滑动面上下土体的变形差进一步加大,进而产生浅层牵引式滑动破坏。同时雨水的入渗使碎石土和强风化页岩交界附近产生高孔隙水压力,在水-岩土共同作用逐渐形成软化的滑带土,从而形成深层滑动面。     

地下水与开挖作用下堆积层滑坡体滑动机制分析

川东红层地区修建的巴中达州万州高速公路在穿越第四系堆积层时,堆积层滑坡灾害频繁发生,这类滑坡滑动面为平缓的岩土界面。地下水渗流分布影响下的坡体非饱和强度特征和开挖卸荷是引发这类滑坡灾害的主要因素。在室内非饱和直剪试验提取土体力学参数基础上,结合非饱和土渗流分析软件和岩土应力变形分析软件对滑坡机制进行深入分析。分析表明:地下水的渗流分布孕育了岩土界面附近的滑带土,为边坡的滑动失稳提供潜在可能性。堆积层渗流场特征决定着坡体基质吸力的分布,基质吸力的分布特征导致了堆积层土体由顶部往底部的非饱和抗剪强度的逐层弱化,最终形成沿平缓岩土界面分布的抗剪强度最低的一层软弱土体。在路堑边坡开挖致使的不平衡力影响下,岩土界面附近的软弱土体表现出最为显著的屈服和变形,堆积层坡体中部沿着岩土界面的软弱土体发生剪切蠕滑,滑体后缘出现张拉破坏,形成拉裂缝和拉裂槽,并于滑体前缘发生剪切挤压,随着滑体的蠕滑发展,滑体内地下水逐渐消散并在开挖面处渗出。     

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。     

基于邻近域特征的堆积层滑坡多维地电信息成像监测技术研究

堆积层滑坡作为一种非线性系统变形演化规律复杂，准确量化坡体形变过程中滑移面边界变化、降雨入渗边界、水头边界和流量边界等重要参数是堆积层滑坡变形破坏机理研究的基础。此项研究基于电阻率成像技术，可依据岩土体成分、结构的不同和地层间电性的差异实现快速、多维剖面成像，并通过深度神经网络建立了浅层高分辨率电阻率成像数据和各类监测数据的“时间-空间-属性”邻近域特征信息统一表达矩阵，实现了各监测项空间权重的快速收敛。在此基础上，用逐层、逐个递推式回归分析方法分析深层电阻率成像数据，准确构建了反映堆积层滑坡形变过程的内部结构多维电性特征模型。试验证明，该方法有效地提高了各类边界参数基于地电信息成像监测结果的实时性和准确性，为堆积层滑坡形变破坏机理研究提供理论与方法支撑。     

基于深部位移监测的滑坡形成机制分析与稳定性评价

采用钻孔深部位移监测法,结合工程地质调绘、地表变形监测和室内土工试验,研究了某金矿堆渣体引起潜在滑坡的形成机制,对该潜在滑坡的稳定性进行了分析评价。监测和分析结果表明:该潜在滑坡体存在浅层和深层两个潜在滑动面,潜在滑动面呈弧状,埋深从坡体后缘到前沿逐渐减小;厂区岩土体条件较差,地下水位埋深较浅以及厂房后缘大量堆渣体是发生潜在滑坡体的主要原因;监测结果揭示潜在滑坡体后部变形明显,累计变形量较大,处于加速变形阶段,中部虽未表现出加速变形状态,但变形速率比较大,前部变形速率较小,整体处于极限平衡状态,与稳定性定量计算结果相符。该方法更加清晰地揭示了潜在滑坡体的变形特征,与实际情况比较吻合,可为潜在滑坡稳定性评价与滑坡灾害防治提供科学依据,对类似工程也具有一定的借鉴意义。     

深圳市龙岗中心城水厂高位水池边坡加固方案

采用预应力锚索结合钢筋混凝土框架结构对高边坡进行综合治理,它不仅可以防止坡体的深层滑动,且完全可消除坡面的局部浅层坍塌。     

某边坡变形破坏机理的数值分析

某花岗岩矿岩土体主要有填土、粉质粘土、淤泥及淤泥质土、含泥中粗砂、粘土、残积砂质粘土,其下为花岗岩基岩。边坡最大高度75m,其中残积土层以上的土质边坡高度约50m。本文运用有限元强度折减法对该边坡的稳定性进行了研究,得出了潜在的破坏模式及各个滑动部分的安全系数。分析结果表明,本边坡存在3个潜在滑动面,其中两个为浅层滑动面,另一个为深层滑动面。两个浅层滑动面的稳定系数在1.13～1.17,处于临界状态。深层滑动面稳定性系数在1.29,目前尚处在相对稳定状态。根据分析结果,提出了如下加固措施:（1）对滑坡体进行削坡处理;（2）在其滑动面下方设置抗滑台阶;（3）采用预应力锚索框架梁结合肋柱进行加固处理。     

贵州省水麻坨滑坡的复杂运动破坏机制探讨

思南县水麻坨堆积层斜坡受多期强降雨影响,从2011年初开始相继出现地表开裂、墙体倾斜、地坪及墙体裂缝变形加剧等地质灾害现象,危及大同社区93户509人、房屋556间,给当地社会稳定带来了极大的负面影响。一旦继续遭受强降雨等不利因素的影响,滑坡可能会变形滑动。基于现场调查和室内分析,本文在明确滑坡区地质结构和地形条件对坡体渗流场产生重要影响的基础上,立足于当地气象资料,利用SEEP/W模块和FLAC3D软件继续探究降雨工况下滑坡变形失稳的进程,初步阐述了多期降雨诱发该类推移式堆积层滑坡（H1）及其引发的次生牵引式滑坡（H2）的成因机理。研究成果表明,主滑坡受历史罕见的强降雨诱导开启失稳变形进程,但受制于地形条件,具有分段失稳、渐进破坏等特点。在滑坡长期蠕动变形过程中,多期降雨导致地下水位浮动变化,刺激滑体蠕变加剧。次级牵引式滑坡由于临空条件受主滑坡控制,其演化进程与主滑坡失稳变形表现出明显关联性和一定滞后性。推移式堆积层主滑坡受地形、地下水和荷载等因素影响,从滑带参数弱化到滑面蠕滑贯通需经历长期过程;而牵引式堆积层次级滑坡是由于关键阻滑体的缺失,导致坡体应力重分布产生的后退式滑动,一般历时较短。     

水库塌岸时间效应的物理模拟研究

塌岸是一个长期的渐进过程。现阶段工程中塌岸预测的范围仅仅是指塌岸的最终状态。本文通过物理模拟试验来揭示塌岸发展的一般过程和时间效应。结果表明,塌岸的发展演化经历了从初始阶段的表层迅速被冲刷→浅层磨蚀→深层缓慢地掏蚀与坍塌,直到最后波浪无法作用于水上坡体而趋于稳定的过程。塌岸过程具体可划分为4个阶段:表层冲刷阶段、浅层磨蚀阶段、深层掏蚀与坍塌阶段、岸坡稳定阶段。岸坡稳定条件为:水下坡体和水上坡体达到稳定坡角,波浪不能再通过涨落带对坡体变形破坏造成影响。     

桩锚挡墙联合支护残积土边坡离心模型试验研究

利用土工离心机分别对钢轨桩、锚杆联合重力式挡土墙支护土质边坡的效果进行模型对比试验研究,分析了钢轨桩和锚杆在重力式挡土墙支护土质边坡中的作用。试验结果表明,强降雨诱发重力式挡土墙支护下的残积土边坡产生滑动变形,对边坡稳定构成威胁;挡土墙下打入钢轨桩联合支护土质边坡会大大降低因降雨产生的墙体偏移,但墙顶上部坡体的局部浅层滑动仍不可避免;植入墙顶上部坡体内并锚固于墙身的锚杆对边坡局部浅层滑动起到了很好的抑制作用。在不增加挡墙自重前提下,钢轨桩下延作用以及锚杆锚固作用提升了挡土墙的抗倾覆能力和边坡浅层抗滑塌能力,从坡体内部和浅层同时改善了重力式挡土墙的支护效果;钢轨桩和锚杆的使用均布了挡土墙背部土压力,有效避免了局部应力集中。     

不同降雨模式下膨胀岩边坡模型试验研究

采用原状膨胀岩进行室内边坡模型试验,研究膨胀岩边坡在连续降雨和湿-干循环模式下的变形和水分入渗特性,揭示两种模式下膨胀岩边坡的变形破坏模式。试验发现,连续降雨模式下初期数次降雨对膨胀岩边坡变形影响最大,有明显的水平方向位移,后期变形很小且趋向稳定。湿-干循环模式下边坡膨胀变形及深部岩体含水率降雨完成后一段时间才达到峰值,随循环次数及降雨量增大,边坡变形速率及变形量都明显增大,岩体裂隙不断发育,水分入渗深度增大,但限于表面一定深度,对深部岩体影响较小。试验结果对工程应用有一定的指导意义：连续降雨模式初期膨胀较大,须加强和完善初期的排水措施,做好边坡的支挡防护措施;湿-干循环模式下,随循环次数增加,做好坡面的防护措施,以起到保湿防渗作用;两种降雨模式均说明纯膨胀性泥岩边坡不发生典型的圆弧滑动等破坏模式,而工程边坡的滑动多发生在软弱夹层上,因此,要做好该类边坡的软弱夹层特性勘察,对于不含软弱夹层的纯泥岩边坡要重点监测其浅层变形特性。     

对蓬安县三元水库大坝外坡裂缝产生的原因及整治工程的探讨

本文通过对蓬安县三元水库大坝外坡裂缝产生的原因分析，进而运用岩、土力学的理论与方法反算推论出了裂缝的产生不是深层坝体土滑动引起的，而是局部浅层坝体土在水的诱发作用下作蠕滑-拉裂变形所产生的。在明确了大坝裂缝产生的原因后，提出了一系列相应整治工程措施，以达到彻底根治裂缝和稳固大坝的目的。     

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.     

FAST台址巨石混合体边坡开挖稳定性分析

FAST台址巨石混合体的开挖稳定性对工程的建设和安全运营具有重要的意义。本文选取典型剖面,对FAST台址巨石混合体边坡在开挖后可能发生的坡体内部深层滑动和表层块体失稳两种破坏模式进行研究。结果表明：巨石混合体边坡沿最危险滑动面滑动的稳定系数约为2.8,不会发生坡体内部滑动。开挖后坡体上部较陡部位的表层块体由于失去支撑而发生失稳,再带动后方的块体运动。块体运动过程中重新堆积、咬合,体现出一定的自稳性。研究结果可为FAST台址巨石混合体及类似地质体的稳定性评价提供参考。     

工程荷载作用下缓倾角反倾似层状岩质边坡变形稳定性分析

在反倾层状边坡的破坏机制和稳定性分析方面,由于其稳定性一般较好,系统深入地研究其破坏机制和稳定性的反而不多。以火山岩地层多次火山喷发旋回形成的缓倾角反倾似层状岩质边坡为研究对象,利用有限元分析其位移矢量图,揭示边坡的变形破坏机制和稳定性控制要素,利用极限平衡法、矢量和法,评价其稳定性,利用强度折减法分析塑性区的扩展规律,揭示滑动面发展的时间空间规律,结果表明,（1）类似层状反倾岩质边坡的潜在破坏模式为剪切–张拉破坏,滑面形态表现为近似折线状：顺坡向穿过凝灰岩夹层和强风化岩体,后缘通过陡倾结构面;（2）极限平衡法、矢量和法的边坡稳定性综合评价表明边坡浅层稳定性不满足工程稳定性要求,深层稳定性满足工程稳定性要求,且三维矢量和安全系数大于二维结果,是三维效应造成;（3）塑性区扩展揭示滑面的空间发展序列为滑面4、5、3。文中的技术路线和分析方案可用于缓倾角反倾层状岩质边坡稳定性评价。     

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。     

降雨对花岗岩风化层路堑边坡滑动模式影响

降雨引起路堑边坡的浅层局部滑动是工程中常见的现象,但其内在原因的研究尚不充分。为此,以福建省云平高速云霄段花岗岩风化层中的某两级路堑边坡为例,采用饱和和非饱和土抗剪强度理论,按照强度折减有限元方法分析了该边坡在一般工况、地下水渗流工况和降雨入渗工况下的滑动模式。结果表明:一般工况下该边坡滑动模式为深层整体滑动;地下水渗流作用可使边坡由深层滑动模式向浅层滑动模式转化;长时小或中等降雨作用下坡体内出现三道滑动面,且一级边坡内滑动面最先贯通,滑坡模式由深层整体滑动向浅层局部滑动演化。短时强降雨作用下仅在一级边坡内出现贯通的滑动面,即由整体滑动模式完全转变为浅层局部滑动模式。降雨工况越不利表现越为明显,与实际滑坡现象相吻合,且安全系数不满足规范要求,从而从理论上验证了该路堑边坡发生浅层局部滑动的必然性。此外,为避免花岗岩风化层路堑边坡在降雨入渗下发生浅层局部滑动,对假设的不同放坡方案进行了数值模拟分析。结果表明,适当放缓坡率可使一级边坡内不出现滑动面,滑坡模式仍为较深位置的整体滑动,且安全系数可得到有效提高,使其满足规范要求。因此,实践中,采用文中方法对设计的类似地层中的路堑边坡事先进行降雨入渗影响下的模拟分析极为必要。将使放坡坡率更为科学合理,可在确保边坡整体稳定性的同时,极大降低其发生浅层局部滑动的可能性。     

基于三维非连续变形分析的巨石崩塌运动研究

巨石作为一种大体积、大质量的滚石,其崩塌失稳及高速、高能远程运动往往导致沿途建筑物和交通线路的毁灭性灾难。以西藏自治区G318国道K4580典型滑坡为工程背景,基于三维非连续变形分析（three-dimensional discontinuous deformation analysis,简称3D-DDA）方法研究巨石崩塌失稳及运动全过程的特征与现象。分别建立该边坡未滑坡、浅层滑坡后和深层滑坡后3种坡形的巨石崩塌3D-DDA数值模型。采用滚石运动横向偏移经验模型,验证3D-DDA巨石运动模拟的准确性。在此基础上,分析巨石崩塌失稳机制及破坏后沿3种不同坡形边坡的运动轨迹和动能演进等运动特征。结果表明,3D-DDA能够有效模拟巨石崩塌失稳、运动发展、剧烈冲击碰撞直至最终静止等整个动力学过程。巨石崩塌表现为滑动→倾倒?滑动→倾倒→翻转?下落的失稳模式转换;巨石运动表现为碰撞、弹跳、飞跃、滚动、滑动等多种运动形式以及横向偏移、侧向偏转等三维空间运动特征,经过道路并与高架桥发生碰撞,引发巨石灾害。不同坡面几何特征下的巨石运动偏移量、弹跳高度、运动至坡底碰撞时间、最终稳定时间等均随着未滑坡、浅层滑坡后、深层滑坡后3种坡形变化而减小。通过3D-DDA巨石崩塌运动分析,预测巨石运动全过程、影响范围、冲击能量、停积位置等,可为巨石防灾减灾对策或措施制定提供依据。     

重塑膨胀土非线性强度特性及一维固结浸水膨胀应力-应变关系

采用南水北调中线工程南阳膨胀土和新乡膨胀岩重塑试样,开展一系列干湿循环后的强度试验和一维固结后的有荷浸水膨胀试验。试验结果表明,(1) 膨胀土强度随竖向应力增加表现出明显的两阶段特性,低应力状态与高应力状态下的强度指标差别很大;(2) 同一上覆压力下,膨胀土的有荷膨胀率随着初始含水率的增大而线性减小,随着初始干密度的增大而线性增大,分别给出考虑初始含水率、上覆压力双因素影响的膨胀率表达式和考虑初始干密度、上覆压力双因素影响的膨胀率表达式,给出膨胀土一维固结后有荷浸水膨胀的应力-应变关系。分析认为,(1) 膨胀土边坡多发生浅层滑动,应测定低应力状态下的强度参数用于边坡稳定分析;(2) 膨胀土边坡浅层部分和坡脚的压实度不宜过高。