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。     

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。     

考虑非饱和土基质吸力的丁家坡滑坡变形机制及稳定性评价

丁家坡滑坡位于云阳县黄石镇中湾村,对拟建的云阳—开州（云开）高速公路安全具有潜在的威胁。为了查明丁家坡滑坡特征,开展了野外工程地质测绘、钻探与试验测试,采用Geo-studio完全耦合计算模式分析了不同降雨工况下滑坡渗流场、应力场、位移场的变化,考察了基质吸力在滑坡稳定性评价中的作用,并计算了不同降雨历时、降雨强度下滑坡的稳定性系数。结果表明:（1）丁家坡滑坡的斜坡地形、松散的岩性、潜在的临空面等因素决定了滑坡的形成与发育,坡体渗透性较好,降雨作用激励滑坡的变形,目前该滑坡处于蠕滑阶段;（2）降雨入渗后,坡体孔隙水压力增加,基质吸力减小,有效应力和抗剪强度降低,在土-岩界面形成剪应力集中,产生应变和位移,滑坡变形破坏;（3）高强度短历时的降雨使坡体浅层迅速饱和,易形成浅层滑,低强度长历时的降雨使坡体浸润较深,易造成深部滑动,其潜在滑动面主要为土-岩界面;（4）在非饱和状态下土体基质吸力对滑坡的稳定性具有重要影响;（5）目前滑坡处于基本稳定状态,一旦发生降雨,滑坡稳定性将降低,降雨历时越久、降雨强度越大,滑坡越易失稳。相对于滑坡Ⅱ区,滑坡Ⅰ区对云开高速公路安全的影响更大,应该重点对滑坡Ⅰ区进行防护治理。该研究可为工程设计、施工及滑坡的预警预报提供依据。     

四川省盐源玻璃村特大型玄武岩古滑坡复活机制

受前期14 d持续累计350.6 mm降雨影响,2018年7月19日盐源玻璃村一巨型玄武岩古滑坡体发生大规模复活,复活体积为1 390×104 m3,损坏房屋186间,造成重大经济损失。基于现场调查、无人机航测、钻探揭露、物理力学试验及数值模拟分析,在查明滑坡体地质结构、失稳特征基础上,对其影响因素及复活机制进行了探讨。研究结果表明,破碎岩土体及地形地貌是滑坡复活的孕灾基础,持续降雨及其引起的地下水位升高是滑坡复活的诱发因素。复活滑坡可分为主滑区和侧滑区两种破坏模式不同的区域。降雨作用下滑坡体内渗流场明显变化,孔隙水压力增大,导致7月13日古滑坡体开始发生变形,稳定性系数逐渐降低。受微地貌约束,主滑区具有多级、多次失稳,渐进破坏的特点。侧滑区斜坡前缘临空条件受坡脚主滑坡控制,在主滑坡运动过程中,侧滑区坡体位移量、最大剪切应变增量逐渐增大,塑性区扩展,破坏过程表现出与主滑坡一定的关联性和滞后性。分析表明,受地下水长期影响,滑带土体强度逐渐削弱,降雨导致坡体渗流作用加剧,抗剪强度降低,从而诱发滑坡复活。     

滑带土强度对水的敏感性三轴试验研究

水是影响边(滑)坡稳定性的主导因素之一,而滑带土的强度确定则是进行边(滑)坡稳定性评价和防治工程设计的关键,因此开展滑带土的强度变化规律及对水的敏感性研究具有十分重大的现实意义.以雅砻江上游某电站近坝库区巨型滑坡滑带土为研究对象,采用三轴试验方法对滑带土重塑样强度变化进行了试验研究,获得了有意义的强度变化规律.     

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。     

上虞-三门高速公路6号大型滑坡稳定性分析及加固处理

浙江省上虞至三门高速公路6号滑坡,是全线施工过程中所遇到的最大滑坡.该段线路两侧山峰标高达400m左右,相对高差200余m,属丘陵地貌.该区段曾发生过三期古滑坡,斜坡经历了平衡→失稳→新的平衡不断发展的形成过程,在地形上呈"圈椅状",具古滑坡及崩塌地貌特征.滑坡体由崩积、崩坡积、古滑坡堆积物组成,滑带土主要为含碎块石粘性土.滑坡体长约600m,最厚处达44.95m,滑坡体积约为200万m3,属超深层大型堆积层滑坡.地下水在坡体中呈网管状分布,后缘及中部水位较浅,地下水位的变动一般滞后于降水1～2天.地面位移速率晴天为0.5～1.5mm/d,雨天为1.5～3.5mm/d,反映出降水对滑坡位移的强烈影响.采用CS-03型数显测斜仪,定期监测滑坡体在不同深度上的滑移状况,得出观测期间沿滑面的滑动速率为0.88mm/d.结合地质分析,准确判定了斜坡破坏的潜在滑面.本次滑坡的形成是自然地质因素与人为工程活动综合作用的结果,其形成机理可归纳为坡体的物质组成和特性、地下水的渗流作用和不利的地形条件使坡体具备了蠕滑变形的基本条件;公路施工在阻滑段挖方,减小了滑体的阻滑力,诱发了古滑坡复活.通过土工试验获取滑带土的强度参数,作为滑坡稳定性分析的基础参数.再用多断面的联合求解反分析检验,建议取滑面强度参数C=26?kPa和Φ=10.0°作为滑坡治理设计的依据.计算各断面分段终点的剩余下滑力,显示主要下滑推力来自滑体中段.由此,划分出次滑段、主滑段和阻滑段3个区段,以便采取不同的工程措施.对不同地下水位时坡体的稳定性进行验算,表明地下水位的升降对坡体的稳定性十分敏感.基于上述分析评价,考虑地下水位变动的滞后性,提出了地表和地下排水处理、多级抗滑桩支挡加固措施,以保证该路段边坡的稳定.地表排水按滑坡区段的地形布置,沿滑坡周界5m以外布设截水沟,在滑坡体地面上布设树枝状排水沟.在主滑段滑床以下的基岩中,横向设置断面1.6m×2.1m、长达305m的地下排水隧洞,隧洞上方滑体内设井径1.5?m的渗井30眼.分别在滑坡体的中上段、公路上坡和前缘等5处各设置1排嵌岩抗滑桩,采用了A型～D型和F型钢筋混凝土或钢筋混凝土预应力锚索桩,断面1.8×2.5、2×4、3×4m2、直径3m 4种,桩长15～35m,共计82根+62组,桩及系梁上设锚索294根.公路已建成通车1年多,监测表明该滑坡处于稳定状态.     

四川广巴高速公路临水寺大桥堆积层滑坡稳定性分析

基于野外地质调查、变形监测、室内岩土实验及数值模拟等,对广元至巴中高速公路临水寺大桥滑坡地质条件、变形机制及稳定性进行分析。研究结果表明,该滑坡为中型牵引式滑坡,破碎松散岩土体及地形地貌是滑坡的孕灾基础,引发滑坡的主要因素为降雨及工程活动。合理布置监测剖面,监测结果能准确反映滑体内部变形情况,变形量差值拐点为滑面,变形主要集中在暴雨期。降雨作用下滑坡体内渗流场明显变化,孔隙水压力增大,滑带土体强度逐渐削弱。经过抗滑桩和排水沟等措施对滑坡进行综合处治后,通过长期变形监测,坡体深部变形位移收敛,治理效果显著,监测结果显示坡体稳定。     

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。     

含水率对滑带土强度参数的影响

滑带土是滑坡体的重要组成部分,滑带土的强度特征对于边坡稳定具有重要的控制作用。三峡库区的黄土坡滑坡因常年经受库水位变化与降雨的影响,滑带土的含水率总是处于不断变化的过程中,因而对其强度参数产生了较大的影响。针对这一问题,在三峡库区黄土坡临江二号滑坡上采集了滑带土样,对不同含水率下的滑带土进行了不排水快剪试验。试验结果显示:含水率的变化对滑带土的抗剪强度影响较为敏感;试验数据拟合发现,滑带土的黏聚力C及内摩擦角φ均随含水率增大近似呈线性减小,且φ值降低的线性规律更趋明显。      

三峡库区黄土坡滑坡降雨入渗模型研究

传统的入渗模型未考虑坡角和降雨强度对滑坡入渗过程的影响,为了更好地描述黄土坡滑坡降雨入渗过程,在Green- Ampt入渗模型的基础上推导了考虑坡体倾角和小降雨强度影响的降雨入渗模型。为了获取改进的入渗模型参数,在黄土坡滑坡1#崩滑体上进行了双环渗透试验与降雨、土的含水率和基质吸力现场监测。结果表明,黄土坡滑坡1#崩滑体饱和渗透系数为4.81×10-5 m/s;降雨时体积含水率增加,降雨停止后体积含水率降低,深部表现出一定的滞后特性;基质吸力变化趋势与体积含水率相反,降雨使其减小,降雨停止后逐渐增大。通过双环渗透试验与现场监测,获取了黄土坡滑坡降雨入渗模型参数值。将入渗模型计算值与现场监测数据进行对比,该模型计算值与现场监测数据吻合,说明该降雨入渗模型可用于黄土坡滑坡降雨入渗分析。     

Numerical modeling of rainstorm-induced shallow landslides in saturated and unsaturated soils

For the assessment of shallow landslides triggered by rainfall, the physically based model coupling the infinite slope stability analysis with the hydrological modeling in nearly saturated soil has commonly been used due to its simplicity. However, in that model the rainfall infiltration in unsaturated soil could not be reliably simulated because a linear diffusion-type Richards’ equation rather than the complete Richards’ equation was used. In addition, the effect of matric suction on the shear strength of soil was not actually considered. Therefore, except the shallow landslide in saturated soil due to groundwater table rise, the shallow landslide induced by the loss in unsaturated shear strength due to the dissipation of matric suction could not be reliably assessed. In this study, a physically based model capable of assessing shallow landslides in variably saturated soils is developed by adopting the complete Richards’ equation with the effect of slope angle in the rainfall infiltration modeling and using the extended Mohr–Coulomb failure criterion to describe the unsaturated shear strength in the soil failure modeling. The influence of rainfall intensity and duration on shallow landslide is investigated using the developed model. The result shows that the rainfall intensity and duration seem to have similar influence on shallow landslides respectively triggered by the increase of positive pore water pressure in saturated soil and induced by the dissipation of matric suction in unsaturated soil. The rainfall duration threshold decreases with the increase in rainfall intensity, but remains constant for large rainfall intensity.     

Rainfall-induced landslides by deficit field matric suction in unsaturated soil slopes

Landslides are mainly triggered by decrease in the matric suction with deepening the wetting band by rainfall infiltrations. This paper reports rainfall-induced landslides in partially saturated soil slopes through a field study. A comprehensive analysis on Umyeonsan (Mt.) landslides in 2011 was highlighted. The incident involves the collapse of unsaturated soil slopes under extreme-rainfall event. Fundamental studies on the mechanism and the cause of landslides were carried out. A number of technical findings are of interest, including the failure mechanism of a depth of soil and effect of groundwater flow, the downward movement of wetting band and the increase of groundwater level. Based on this, an integrated analysis methodology for a rainfall-induced landslide is proposed in this paper that incorporates the field matric suction for obtaining hydraulic parameters of unsaturated soil. The field matric suction is shown to govern the rate of change in the water infiltration for the landslide analysis with respect to an antecedent rainfall. Special attention was given to a one-dimensional infiltration model to determine the wetting band depth in the absence of the field matric suction. The results indicate that landslide activities were primarily dependent on rainfall infiltration, soil properties, slope geometries, vegetation, and groundwater table positions. The proposed methodology has clearly demonstrated both shallow and deep-seated landslides and shows good agreement with the results of landslide investigations.     

地下水渗流场对库区滑坡稳定性影响的数值模拟——以白马库区羊角滩滑坡为例

针对库水位变化条件下滑坡的稳定性定量评价复杂问题,考虑降雨和库水位变化对地下水渗流场变化规律的影响机制,采用饱和-非饱和渗流的基本理论,运用渗流模拟有限元法,对重庆市武隆区羊角滩滑坡在6种不同工况下的库区滑坡的稳定性开展了模拟研究。结果表明: ①降雨工况下,降雨对地下水渗流场都有影响,滑坡中部位置受地下水位影响最大,前后部影响小,降雨条件下,滑坡稳定性随着降雨历时的增加而变小,到达一定阶段后,滑坡已经滑动,滑坡稳定性系数不再变化; ②库水位工况下,主要影响滑坡前缘,地下水位是随库水位变化而迅速变化的,随着库水位的上涨,滑坡稳定性系数呈现先减小后增大的趋势; ③地下水位的骤升对浮托作用影响有限,对压坡作用影响较大,同时降低了渗流力的影响,对滑坡稳定起到了积极作用,地下水位的骤降增大了渗流力,减弱了前缘库水位的压坡作用,滑坡失稳的可能性最大。可为库区该类滑坡的稳定性现状及发展趋势预判提供科学依据。     

Evaluation of drainage tunnel effectiveness in landslide control

Infiltration of rainfall into hillslopes is often an important factor in triggering landslides. Using underground water drainage works together with anti-slide piles has been an effective method of landslide control, yet their effectiveness is inadequately discussed in the literature. This paper studies the influence of rainfall on the change in the underground water level beneath a slope by real-time and synchronic monitoring of the rainfall, the underground water level in the boreholes, and the flow rate of the underground drainage tunnel. The effectiveness of the underground drainage tunnel in preventing the rise of the underground water level of the slope is discussed. The researchers also study the deformation behavior of the anti-slide piles by monitoring the lateral displacement of the piles and analyzing the thrust that the anti-slide piles bear by numerical inversion techniques. The results indicate that there is an apparent relationship between the lag in the rising of the underground water level caused by a rainfall and that caused by the immediately previous rainfall. When there is a rainfall accumulation before the occurrence of a heavy rain, this particular heavy rainfall will cause a rapid rise of the underground water level beneath the slope. The monitoring data analysis shows that the flow rate of the underground drainage tunnel increases first, and then the underground water level of the slope rises after a rainfall. In other words, the flow rate of the underground drainage tunnel increases at a rate faster than that of the rise of the underground water level. Hence, the underground drainage tunnel can effectively lower the rise of the underground water level induced by a rainfall. Besides, based on the monitoring data of the lateral displacement of the anti-slide piles and subsequent analysis, the working state of the anti-slide piles is justified. It thus indirectly validates the benefits of using underground drainage tunnel in landslide control.     

水库滑坡地下水动态响应规律及浸润线计算模型

库水和降雨直接导致水库滑坡地下水变动,是诱发滑坡的主要因素。已有研究大多是基于监测数据探讨库水与降雨对滑坡变形的影响,未能揭示水库滑坡地下水响应规律,地下水浸润线计算模型没有同时考虑降雨和库水的影响,且模型边界条件与水库滑坡实际情况差别较大。为了揭示大型水库滑坡地下水动态响应规律,需要构建更接近实际情况的地下水位浸润线计算模型。通过三峡水库石榴树包滑坡地下水动态监测,揭示了库水水位变化和降雨条件下滑坡地下水水位动态响应规律,其地下水渗流场近似层流,滑坡前缘和中部的地下水水位与库水位几乎同步,滑坡后部的地下水水位主要受降雨影响,日降雨30 mm会引发地下水水位明显变动。在周期性库水位变化和随机降雨耦合条件下,建立了滑坡地下水非稳定渗流微分方程,解算出水库滑坡地下水位浸润线计算模型,并采用实际监测结果进行了验证。应用计算模型分析了不同工况条件下的滑坡渗流场,并得出滑坡内距前缘水平距离145 m内,库水对地下水有影响;引发地下水变动的降雨和库水位变化阈值分别为0.03,0.1 m/d,且不同的条件组合下降雨和库水位对地下水水位影响存在一定差异。     

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。     

三峡库区黄土坡滑坡非饱和水力参数研究

非饱和水力参数在计算滑坡降雨入渗过程与稳定性时是至关重要的材料参数。在三峡库区黄土坡滑坡上进行双环渗透试验,获取黄土坡滑坡表土层的饱和渗透系数。对黄土坡滑坡表土层的含水率和基质吸力进行实时监测,采集了黄土坡滑坡表土层中含水率和基质吸力随时间的变化数据,采用van Genuchten土-水特征曲线模型拟合了4个实时监测剖面的土-水特征曲线及其拟合参数。将饱和渗透系数与土-水特征曲线拟合参数代入van Genuchten渗透系数函数模型,求出了黄土坡滑坡表土层在非饱和条件下的渗透系数函数,为黄土坡滑坡在降雨作用下的稳定性计算提供了可靠的水力参数     

碎石土滑坡渗流系统特征及防治措施研究

碎石土滑坡由于内部含有大量的碎块石,容易形成架空结构,使其内部拥有独特的渗流系统。不同结构的碎石土形成的渗流通道不同,导致滑坡体的失稳情形也各不相同,因此,针对性的防治措施也难于制定。福建省安溪县岩山角落滑坡具有多元结构碎石土滑坡的特征。在对碎石土滑坡进行物探、钻探、水位监测等多重手段整体勘测的基础上,利用SketchUp软件进行建模分析,获取了多元结构碎石土滑坡渗流系统与滑坡物质结构在空间上的关系,并对两类渗流系统的变形敏感性和降雨敏感性进行对比。结果显示,粗石状碎石土区域以集中渗流为主,假斑状碎石土区域以管网状渗流为主,前者对降雨的敏感性较后者高,而受渗流通道的整体强度和渗流稳定性的影响,前者对于滑坡变形的敏感性要低于后者。基于上述分析,确定采用抗滑桩和排水盲沟等工程措施进行治理,根据地下水监测数据和现场验证,治理效果良好,可供其他类似滑坡防治工程提供借鉴与参考。