填土斜坡的排水条件对斜坡稳定性的影响

降雨是导致斜坡破坏的主要原因。地下水位上升和在土中渗流引起土体应力状态的变化是导致斜坡在降雨过程中或降雨后变形与破坏的关键因素。填土斜坡的稳定性不仅取决于填土的强度,还与填土斜坡的排水条件密切相关。适当的排水条件不仅可以限制斜坡中地下水位上升的高度,而且可以及时消散因材料剪切收缩而生成的超孔隙水压力,防止土体液化,避免斜坡整体流动破坏。本文采用完全耦合有效应力分析程序和与状态相关的剪胀性砂土模型模拟地下水位上升过程中填土排水条件对压实填土斜坡稳定性的影响。完全耦合有效应力分析方法可以模拟孔隙水和土骨架间包括浮力和渗流在内的相互作用。分析结果表明斜坡排水条件是影响斜坡因地下水位上升而变形和破坏的重要因素,加固松散填土斜坡时必须设置适当的排水与泄水装置。     

四川宁南水塘村滑坡形成机理

四川宁南县水塘村在同一黄土斜坡上发生过三次滑坡,最近一次滑坡发生在雨季持续降雨后,包括新的流滑和老滑坡的复活滑动,并且引起了前缘滑坡堆积体的复活。本文通过现场调查,分析了滑坡的工程地质特征,通过室内饱和黄土的应力路径试验、饱和黄土与黏土的环剪试验和稳定性计算探讨了滑坡形成机理。结果表明,灌溉与强降雨是滑坡发生的主要诱发因素;发生于黄土层内的流滑型新滑坡是由于灌溉和强降雨入渗导致弱透水黏土层上部地下水位上升、饱和黄土层孔隙水压力增大发生的静态液化;对于滑动型老滑坡复活,稳定性计算结果表明强降雨在滑体中的入渗导致黏土层上部地下水上升,降低了老滑坡稳定性,致使老滑坡沿已有滑面复活。     

地下水位上升下黄土斜坡稳定性分析

黄土高原一些地区,由于塬上引水灌溉使得地下水位不断抬升,造成黄土滑坡频繁发生。地下水位变化严重影响着黄土斜坡的稳定性。基于饱和-非饱和渗流理论和延伸的摩尔-库伦破坏准则,结合室内饱和和非饱和试验结果,针对泾阳南塬一典型黄土斜坡,考虑地下水位上升情况下,对其进行了瞬态饱和-非饱和渗流分析;然后将计算得到的瞬态孔隙水压力分布用于斜坡的极限平衡分析。结果表明:地下水位上升对暂态渗流场和斜坡稳定性有明显影响;考虑非饱和渗流和吸力强度的边坡稳定分析方法更加符合实际情况。     

兰州市非饱和黄土水土关系与力学性质变化规律

灌溉和降雨是兰州南北两山绿化区黄土斜坡失稳的最主要诱发因素。灌溉或降雨作用下,黄土斜坡失稳的本质是水与非饱和黄土相互作用后黄土力学性质改变的结果。因此,研究非饱和黄土中水土关系及力学性质变化规律,不仅为定量评价选取参数提供依据,而且是深入分析黄土斜坡变形破坏机理的基础。本次研究在现场调查基础上,以在城关区青白石、桃树坪、九州3处黄土斜坡上采集的132组原状黄土,以及在皋兰山Ⅲ-2滑坡上采集的16组滑体和滑带扰动样的室内试验结果为基础,分析非饱和黄土水土相互作用规律及水土关系特征。试验结果显示抗剪强度及其参数变化随含水率（饱和度）不断变化是水土作用的直接结果,降雨或灌溉或其他地表水体入渗后黄土含水量（饱和度）变化是导致黄土抗剪强度变化的最主要因素。     

间歇型降雨对堆积层斜坡变形破坏的物理模拟研究

为研究间歇型降雨作用下缓倾堆积层斜坡的变形破坏特征,以樱桃沟滑坡为例,进行了降雨作用下斜坡变形破坏的物理模拟研究。试验结果表明：前期降雨作用下坡体变形特征表现为前缘滑移沉陷、中部滑移、后缘沉陷、坡体裂缝生成,且前缘裂缝扩张明显,后期降雨作用下坡脚区域首先发生滑塌,然后依次向后缘传递发生逐阶滑塌破坏;降雨入渗易在基岩面上储存,形成暂态地下水位、高孔隙水压力区域和坡向渗流场,基岩面附近土体饱水时间长,软化程度高,抗剪强度弱化显著,边坡易沿基覆界面土层发生滑坡;坡体滑动易发生在降雨间歇期,触发特征表现为雨后坡体暂态饱和区水分和坡表积水持续下渗,导致地下水位上升滞后于降雨,造成坡体内浮托力、渗透力和孔隙水压力增大,有效应力降低,诱发滑坡。     

地下水位上升对黄土斜坡稳定性的影响研究

黄土滑坡灾害发育机理的研究对于区域内防灾减灾具有重要的理论和现实意义。本文以泾阳庙店西村为例,在非饱和土特性试验基础上,建立典型斜坡的饱和—非饱和渗流模型,模拟了灌溉诱发地下水位上升对于斜坡渗流场的影响。计算结果显示,地下水位上升将引起斜坡内部孔隙水压力分布显著变化。综合边坡稳定性计算结果,边坡稳定性随着地下水位的上升逐渐减小,在地下水位上升至30 m时边坡处于极限平衡状态。     

灌溉引起地下水位上升对斜坡稳定性的影响——以甘肃黑方台为例

灌溉诱发黄土滑坡是黄土高原地区一种常见的地质灾害,其实质是地下水位上升,引起黄土基质吸力下降,强度降低,最终导致黄土斜坡失稳的过程。以甘肃黑方台典型黄土斜坡为例,在非饱和土特性试验基础上,通过饱和-非饱和渗流分析,研究了地下水位上升引起的黄土斜坡内部渗流场的变化特征,探讨了地下水位变化对斜坡稳定性的影响。结果表明:地下水位上升,对斜坡内部孔压分布影响较大;地下水位上升,导致饱和区域增大,非饱和区基质吸力降低;斜坡内部基质吸力的降低与地下水位呈线性关系。以渗流分析为基础,对典型斜坡进行了极限平衡分析,结果表明,地下水位上升与稳定性系数下降基本上呈线性关系,在距离坡顶100 m位置的黄土层中地下水位约21 m时,边坡出现失稳。     

水致黄土深层滑坡灾变机理

在黄土地区,雨后观测和人工降雨试验均表明地表水在黄土中的入渗深度有限,并不影响黄土深部的含水率。因此水分入渗是否直接造成斜坡深层滑移颇受争议。本文通过黄土地区自然降雨条件下的现场观测,发现地表水在黄土中的入渗沿垂直剖面可以划分为3个带:即活动带,稳定带和饱和带。活动带受大气降雨和蒸发的影响,为瞬态流,向下则转化为稳定流;稳定带含水率不变,但仍有稳定的水分运移至地下水位。地下水以下降泉的形式排泄。在入渗和排泄条件长期不变的情况下,地下水位可维持动态平衡。若地表入渗量加大,如灌溉或管道漏水等,稳定带含水率升高,并伴随地下水位抬升,以达到新的平衡,此水文动态转化过程会诱发滑坡。以延炼滑坡为例,分析了长期地表水间歇性滴渗条件下,边坡的水力动态变化过程,及其对边坡稳定性的影响。观测及分析结果表明,黄土深层滑坡主要与地表水入渗导致的地下水位抬升有关,由于其过程缓慢,容易被忽视而致灾。     

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。     

灌溉诱发黄土滑坡的发育机制研究

黄土滑坡机理是黄土地质灾害领域研究的热点,而黄土介质干湿演替水-力特性变化、地下水动力场响应以及由此造成的斜坡稳定性变化是其形成的关键。本文在黑方台非饱和黄土水-力特性测试的基础上,结合斜坡地带灌溉引起的非饱和渗流演化过程与发展趋势,探讨了这种滑坡的发育机制。结果表明:随着灌溉持续,长期的正水均衡场引起地下水位上升,包气带增湿后非饱和黄土的吸力下降,强度显著降低,同时饱和区孔压上升,斜坡地带水力梯度增大,提高了水流的渗透力,致使斜坡稳定性下降,斜坡稳定系数随地下水位上升呈线性降低,当地下水位升至55m时达到坡体极限平衡状态,遇有利触发条件即可能失稳滑动,但地下水位变化对最危险滑面位置影响较小。     

根据参数反演结果分析非饱和黄土边坡破坏机理

边坡的变形破坏本质上有两方面的因素控制,(1)开挖或堆载引起斜坡内应力的重分布; (2)地表水渗入或地下水变动引起其抗剪强度的变化。大部分黄土路堑边坡位于地下水位以上,斜坡开挖以后,应力不再改变。 如果不是在人工灌溉区,其破坏大多可归结为降雨入渗引起的黄土抗剪强度的降低。对于非饱和黄土来讲,其孔隙水压力为负值,传统的Terzaghi有效应力原理不适用于Mohr-Coulomb抗剪强度公式,而Bishop的非饱和土有效应力公式中参数测定周期很长,技术还不是很成熟,目前在实际工程中应用还不现实。如何基于目前常规的测试方法,合理地确定边坡抗剪强度参数,是值得研究的问题。本文对局部发生滑坡的山西吉家塬黄土路堑51.6m高边坡,采用Bishop法反演边坡c、值; 取边坡上的黄土样,测了不同含水率试样的直接快剪强度参数。将试验结果与反演结果对比发现,含水量在接近土样塑限时的直接快剪试验结果与反演结果较为接近。塑限是土的一个状态界限指标,即固态到塑态含水量的界限值。土由固态进入塑态,土强度显著降低,此时最容易发生变形破坏,这符合土体稠度状态和强度变化的本质。因此建议在黄土边坡设计中,一般可取塑限含水量下的直接快剪强度指标作为边坡稳定性评价的指标。     

降雨条件下浅层滑坡稳定性探讨

降雨条件下浅层滑坡是一种常见、多发的地质灾害现象,为了解边坡稳定性随降雨入渗过程的变化情况,以Green-Ampt入渗模型为基础,并考虑了动水压力的作用,建立了降雨入渗条件下浅层滑坡的概念模型,分别推导了降雨前有、无地下水位条件下的边坡安全系数与降雨时间的关系表达式。从分析结果中可以看出,对于这两种情况下边坡稳定性发生突变的主要原因归结于：前者为在湿润锋与地下水位面接触的短时间内,滑带处的孔隙水压力迅速增高;后者为滑带在浸水饱和情况下,岩土体的强度迅速降低。在此基础上,根据降雨过程中边坡是否达到饱和,提出边坡饱和临界时间的概念,考虑了初始降雨强度小于土壤入渗能力的情况。这个时间可以作为一个参数指标用于浅层滑坡的预警。     

降雨过程中边坡临界滑动场

降雨入渗过程中孔隙水压力的升高与基质吸力的降低引起边坡稳定性的下降,是导致边坡滑塌的主要诱导因素。利用饱和-非饱和渗流有限元计算得到的孔隙水压力场,基于Fredlund提出的非饱和土抗剪强度理论,对边坡临界滑动场进行改进,提出可以考虑降雨过程的边坡临界滑动场数值模拟方法,能够方便、快速地计算出边坡局部、整体安全系数和相对应的临界滑动面在降雨过程中的变化历程。将该法用于一个典型均质边坡和一个非均质边坡在降雨过程中的稳定性计算,分析降雨持续时间、降雨强度和非饱和强度参数取值等因素对边坡稳定性的影响,并将计算结果与其他方法进行比较,结果表明临界滑动场方法能搜索任意形状最危险滑面,计算的安全系数合理。     

Response of a loess landslide to rainfall: observations from a field artificial rainfall experiment in Bailong River Basin,China

Rainfall-induced landslides are a significant hazard in many areas of loess-covered terrain in Northwest China. To investigate the response of a loess landslide to rainfall, a series of artificial rainfall experiments were conducted on a natural loess slope, located in the Bailong River Basin, in southern Gansu Province. The slope was instrumented to measure surface runoff, pore water pressure, soil water content, earth pressure, displacement, and rainfall. The hydrological response was also characterized by time-lapse electrical resistivity tomography. The results show that most of the rainfall infiltrated into the loess landslide, and that the pore water pressure and water content responded rapidly to simulated rainfall events. This indicates that rainfall infiltration on the loess landslide was significantly affected by preferential flow through fissures and macropores. Different patterns of pore water pressure and water content variations were determined by the antecedent soil moisture conditions, and by the balance between water recharge and drainage in the corresponding sections. We observed three stages of changing pore water pressure and displacement within the loess landslide during the artificial rainfall events: Increases in pore water pressure initiated movement on the slope, acceleration in movement resulting in a rapid decrease in pore water pressure, and attainment of a steady state. We infer that a negative pore water pressure feedback process may have occurred in response to shear-induced dilation of material as the slope movement accelerated. The process of shear dilatant strengthening may explain the phenomenon of semi-continuous movement of the loess landslide. Shear dilatant strengthening, caused by intermittent or continuous rainfall over long periods, can occur without triggering rapid slope failure.     

渗透性与降雨强度对堆积层滑坡稳定性的影响

本文基于非饱和渗流理论及非饱和土的Fredlund双应力变量强度理论,对一沿岩土接触面滑动的堆积层滑坡模型,分别进行了8种条件下的降雨入渗数值模拟试验,研究了不同土体渗透性及降雨强度对滑坡稳定性的影响。结果表明:(1)堆积层滑坡的稳定性与土体的渗透性有密切关系,在降雨后的短期内,土体渗透性越好,滑面孔隙水压力升高越明显,滑坡的稳定性降低程度越大;(2)降雨期间,埋深较浅的滑面,入渗雨水能够较快到达,对滑坡稳定性的影响较大;(3)在相同的降雨时间内,降雨强度越大,滑坡稳定性降低速率越快;(4)降雨强度影响着滑坡发生的滞后性,在降雨总量一定的条件下,若降雨强度较大,雨停后,滑坡稳定性继续下降的程度较大;(5)降雨总量控制着滑坡的最终稳定性。     

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.     

黑方台黄土斜坡变形破坏机理研究

黑方台常年农业灌溉引起地下水位上升,在透水性差的粉质黏土层顶部形成了厚度不断增大的饱和黄土软弱带,导致斜坡蠕动变形诱发了大量的黄土滑坡,滑坡体在地下水的浸润作用下转化为黄土泥流向前运动。为对黄土斜坡的变形破坏机理进行分析研究,进行了8个围压下的固结不排水试验。试验结果表明:饱和黄土应力应变模式表现为强烈的应变软化剪缩型,并具有一定的稳态特性。300 kPa围压以下,试样强度丧失,土体完全液化,其余围压下的试样产生部分液化,抵抗变形能力增加,土体应力状态可划分为完全液化区和部分液化区。斜坡的变形破坏特征因上覆黄土厚度不同而有所差异,通过插值计算,黄土层厚度大于临界黄土厚度（约20 m）时,斜坡产生突发性滑动变形破坏,反之斜坡产生缓慢变形的黄土泥流。研究结果证明了黑方台削方减载治理工程的科学性,并为滑坡的防治和治理提供了一定的理论依据。