基于失效概率的边坡降雨阈值曲面探讨

降雨是诱发边坡变形失稳的主要因素,而针对降雨型边坡的预警预报也一直是工程领域的核心问题。本文将蒙特卡罗方法引入降雨型滑坡的预警预报,首先基于正态分布的岩土体物理力学参数,建立了边坡的有限元数值计算模型,并分析了9种不同型式降雨下边坡稳定性系数的变化情况。结果显示递增型降雨对边坡的稳定性尤为不利,均匀型降雨次之,递减型降雨影响最小。其次,将降雨过程划分为前期降雨+当期降雨,并确定了前期降雨对于当期降雨的有效时间为6 d。最后,论文结合可靠度理论,选取失效概率P_f=10%作为预警指标,通过把前期降雨引入降雨强度-降雨历时关系曲线并作为第三坐标轴,最终将该曲线扩展成为前期降雨(A)-当期降雨(I)-降雨历时(D)曲面(A-I-D阈值曲面),研究结果对于降雨型边坡的预警预报具有一定的指导意义。     

考虑前期降雨过程的边坡稳定性分析

基于三峡库区实测降雨资料,研究了不同初始条件对不同土体边坡稳定性影响,建议了能够反映边坡含水状态的初始条件选取方法。在此基础上,采用非饱和渗流分析方法研究了前期降雨对不同土体边坡稳定性影响,以典型的砂土和黏土边坡为例初步探索了前期降雨对边坡稳定性影响规律。结果表明：初始条件对不同土体边坡稳定性影响不同;建议将多年平均降雨量对应的稳态渗流场作为初始条件进行非饱和渗流分析。边坡土体渗透系数越低,边坡稳定性受前期降雨的影响越大、影响时间也越长。砂土和黏土边坡稳定性分析时建议至少考虑15 d以上的前期降雨,对于砂土边坡还应根据这15 d前面5 d的降雨情况确定是否需要增加计算天数。短历时高强度前期降雨对砂土边坡稳定性影响更大,而长历时低强度前期降雨对黏土边坡稳定性影响更大。累积前期降雨量可以作为判断边坡最小安全系数出现时刻的依据。砂土边坡出现最小安全系数时刻与10 d累积前期降雨量最大的时刻较为吻合,而黏土边坡则与15 d累积前期降雨量最大的时刻较为吻合。     

降雨条件下建筑边坡稳定性的云模型评价方法

降雨是导致边坡失稳的主要诱因之一,如何对建筑边坡稳定性的降雨阈值进行确定尤其重要。首先引入云模型的评价方法建立建筑边坡稳定性评价体系。该评价体系综合考虑边坡岩土体的主要地质特征以及降雨历时、降雨强度和前期降雨量等因素,并采用改进的熵权层次分析法得到各评价指标的权重。其次,根据评价体系对不同降雨工况下的边坡稳定性评价,得出边坡基本稳定—欠稳定以及欠稳定—不稳定的降雨阈值方程。最后将该降雨阈值方程应用于分析福建省南平市金龙花园小区边坡2010年6月13日至2010年6月18日降雨期间的稳定状态。分析结果中有5天的与边坡实际情况相吻合,仅有6月15日的分析结果与实际情况有所偏差。结果表明该方法具有较好的可靠性和实用性。     

考虑降雨入渗参数空间变异性的浅层滑坡时效风险分析

降雨条件下边坡所处的滑坡风险状态与土体参数空间分布密切相关,为高效评估降雨诱发滑坡所处的风险等级,应用Python计算平台进行编码,采用修正Green-Ampt入渗模型推导出无限长边坡（infinite slope）的极限状态函数,结合岩土参数随机场理论及一阶可靠度分析方法,得到了降雨诱发滑坡的概率分析结果,并建立了算例边坡的易损性曲线。研究结果表明：相比于传统的边坡稳定性定值分析方法,可靠度分析结果可以较为全面地反映边坡在不同降雨强度以及降雨持时条件下所处的风险状态;当降雨强度超过一定等级后,在相同的降雨持时条件下其强度大小对边坡失效概率的影响不大;在特定研究区域内,当降雨强度已知时,可以通过易损性明确边坡在容许风险等级下的失效时间,为滑坡防控领域的防灾减灾工作提供重要参考。     

滑坡降雨阈值模型的应用

在数字高程模型（DEM）的基础上,运用滑坡降雨阈值模型,以楚雄丁家坟一斜坡作为试验研究工点,结合现场勘察、监测数据以及斜坡岩土体主要特性、地形地貌、降雨强度与降雨持续时间、地下水位等因素,模拟斜坡单元产生潜在滑动时的临界降雨量,研究降雨对滑坡发生、分布的影响。研究结果表明：各斜坡单元产生潜在滑动时的临界降雨量各不相同,在不同的降雨量及地下水位条件下滑坡降雨阈值模型模拟的潜在滑坡位置主要位于楚勐公路下边坡处,与实际发生滑坡的位置吻合率达80%以上,滑坡降雨阈值模型可实现对斜坡稳定性进行可视化分析与预测,为降雨型滑坡提供一种有效的预测与分析方法。     

诱发区域性滑坡的降雨阈值

根据降雨预测区域性滑坡是防止滑坡造成人员伤亡的重要途径,其关键是确定诱发滑坡的降雨阈值。按特定地质气象条件分区整理并分析了国内不同地区诱发区域性滑坡的降雨阈值,结果表明降雨阈值与年均降雨量有较大的相关性。除西南部分地区外,我国大部分地区的预报24 h降雨量阈值为年均降雨量(MAP)的0.04~0.08倍,这是因为年均降雨量反映了地区的常规降雨水平,而只有发生非常规的降雨才会诱发滑坡,因而年均降雨量越大对应的降雨阈值越大。分析了目前国内的降雨阈值的确定过程中缺乏详尽数据和论证等问题,并指出了国内的降雨阈值不能反映短时强降雨影响的缺陷。针对国内还没有适用性更广的雨强-持时(I-D)阈值曲线的现状,尝试性地建立了鄂西地区的I-D阈值曲线I=4.0D^-0.51,并在此过程中提出了确定降雨持时D开始时刻的方法。     

降雨条件下抗滑桩边坡三维稳定性分析

目前对抗滑桩边坡稳定性的研究多集中于无雨状态下,而降雨是触发滑坡的主要诱因,因此有必要对降雨条件下抗滑桩边坡的稳定性进行研究。本文以ABAQUS软件为平台,采用Python语言及内置接口程序对其进行二次开发,基于迭代算法确定降雨边界,并考虑桩土之间的接触效应,采用饱和-非饱和渗流结合有限元强度折减法对降雨条件下抗滑桩边坡的稳定性进行数值模拟;并与不考虑降雨时得到的抗滑桩边坡稳定性结果进行对比研究。通过研究发现考虑与不考虑降雨所得到的抗滑桩边坡的稳定性变化规律是不同的:当不考虑降雨时,桩间距越小,抗滑桩的抗滑效果越好;而在降雨条件下,桩间距越小,越不利于雨水下泄,过小的桩间距反而起不到很好的抗滑效果。当不考虑降雨时,将抗滑桩置于边坡中部时,具有较好的抗滑效果,这与前人的研究结论是一致的;而在降雨条件下,坡脚处具有较高的水力梯度,此时将抗滑桩置于坡中与坡脚之间的位置能起到较好的抗滑效果。因此,在多雨地区设桩要充分考虑当地的降雨情况而选定桩间距及桩位。研究结论可为在多雨地区进行抗滑桩设计及布设提供参考依据。     

降雨条件下软岩边坡渗流-软化分析方法及其灾变机制

降雨条件下软岩边坡的灾变问题是滑坡领域研究的热点与难点。采用间接耦合法进行软岩边坡降雨入渗分析,根据软岩边坡非饱和渗流-应力计算原理,建立了软岩边坡渗流效应分析方法;将软岩抗剪强度的遇水软化特征动态赋予暂态饱和区中对应的软岩体,模拟降雨渗流条件下软岩边坡的软化效应;将渗流与软化相结合,建立基于暂态饱和区的软岩边坡降雨-渗流-软化-灾变的数值分析方法,并用于实例边坡的降雨灾变机制分析。结果显示,软岩边坡潜在滑动面深度随时间逐渐变浅,安全系数-时程曲线呈反向复曲线形态,当边坡开始软化时曲线上出现拐点。边坡稳定性计算结果与实际情况基本相符,表明思路与方法具有一定正确性,可为软岩边坡治理方案设计提供理论依据。     

降雨作用下山区边坡稳定性分析

降雨是诱发边坡失稳破坏的主要原因,本文以坡地水文模型为基础,结合无限边坡稳定计算模型,研究降雨条件下边坡启动的临界降雨条件。通过工程算例表明:降雨量与边坡体稳定系数成反比;滑坡启动的临界降雨量随边坡坡度的增大而减少;随边坡土体内摩擦角的增加而逐渐增加,此分析对降雨型滑坡的研究有借鉴性的意义。     

降雨入渗下强风化软岩高填方路堤边坡稳定性研究

降雨入渗是影响边坡稳定性、导致边坡失稳的最主要和最普遍的环境因素。强风化软岩用于高填方路堤填土边坡时,填土的压实度直接影响路堤土的渗透性和强度。利用饱和与非饱和渗流有限元模拟降雨入渗时高填方路堤的暂态渗流场,将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于边坡的极限平衡分析,并考虑基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响。探讨降雨强度、持时和压实度对边坡稳定性的影响。研究表明,强风化软岩用于高填方路堤压实度不能低于90 %;当暴雨强度为200 mm/d时,边坡就会失稳。其成果将为高填方路堤边坡防护设计提供科学依据。     

Extreme rainfall characteristics for surface slope stability in the Malaysian Peninsular

This paper discusses the results of an investigation on the influence of rainfall intensity and duration on the suction distribution within a soil mass. A series of numerical analyses were conducted on an infinite slope model to simulate the responses of the slope consisting of typical soil types to various rainfall intensities and durations from selected locations in the Malaysian Peninsular. The study showed that the critical duration was governed by three major factors: the saturated permeability of the soil, the geographical location, and the depth of the slip plane. The critical rainfall duration for highly permeable soil was 1 day, while 30 days of antecedent rainfall were required for the stability analysis of a slope made of soil with low saturated permeability. The critical duration of antecedent rainfall in soils with intermediate saturated permeability was found to vary with the rainfall pattern. A chart is proposed to determine the critical duration, critical intensity and critical suction for each type of soil.     

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。     

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.     

土坡失稳的有效降雨量研究

降雨易引起花岗岩残积土边坡失稳。在分析降雨对边坡土体含水率影响的基础上,通过饱和度和含水率的关系推求出土体从非饱和过渡到饱和的有效降雨量。结果表明：对土质边坡,并非所有的降雨都会引起边坡的失稳,降雨入渗使边坡土体从非饱和向饱和状态发展,当边坡土体饱和度达到一定程度的时候易产生边坡失稳;土坡存在饱和区和非饱和区的临界深度,降雨对边坡的影响即为使得该深度以上的土体从非饱和过渡到饱和的过程,须采取不同的抗剪强度来计算处于临界深度上下两部分土体的稳定状态。研究结果对确定土坡失稳的降雨量阀值、进一步认识滑坡失稳机制,对滑坡的预测预报具有理论及实际意义。     

降雨作用下煤系土路堑边坡稳定分析

基于掌握的降雨气象资料,利用非饱和瞬态渗流有限元程序对开挖后和风化后两种情况下的煤系土路堑边坡进行了降雨入渗坡体渗流场数值计算和分析。依据非饱和土力学强度理论,基于Morgenstern-Price方法,调用不同降雨时间的渗流计算结果,对两种情况下煤系土路堑边坡的瞬态稳定性进行了计算和分析。研究结果表明,水分在风化煤系土路堑边坡体内的渗透迁移对路堑边坡稳定性和最危险滑动面有时空影响;在煤系土路堑边坡降雨入渗和稳定性分析中考虑风化层较为合理。     

降雨对均质各向异性土质边坡稳定性的影响

采用有限元法分析了非饱和均质各向异性土坡中的降雨渗透过程和土水相互作用的变化过程,使用修改的Mohr-Coulomb破坏准则考虑非饱和土的抗剪强度,根据基质吸力变化引起抗破坏强度变化的原理,寻找最危险的滑移面位置,计算最小稳定安全系数,研究了土坡遭受降雨渗透时的安全稳定问题。实例分析结果表明,该法在评判降雨时非饱和土坡的稳定性方面是合理可行的。同时分析数据表明裂隙的存在对土质边坡稳定性的影响是显著的,在对雨水入渗的土边坡稳定性分析时,必须考虑裂隙的影响。     

山洪灾害临界雨量研究综述

临界雨量是一个关键的山洪灾害预警指标。按其技术原理将临界雨量推求方法划分为数据驱动的统计归纳法和基于灾变物理机制的水文水力学法分别进行评述,并介绍了临界雨量指标的两个拓展:动态临界雨量和暴雨临界曲线,综述了临界雨量不确定性分析的研究进展。通过综述发现:中国目前主要应用的是较简单的统计归纳法;临界雨量推求主要考虑前期降雨量（前期土壤饱和度）和时段累积降雨量两个因素的影响或仅后者一个;临界雨量指标难以反映山洪灾害的规模;考虑临界雨量不确定性有助于提高预警质量,但如何充分考虑其影响仍然是一个挑战。     

强降雨条件下土质边坡瞬态稳定性分析

基于实际降雨气象资料,设计了单峰降雨和8个不同时间间隔的双峰降雨计算方案,利用非饱和土力学理论,对边坡的瞬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空间影响效应,同时考察了降雨入渗造成的土性渗透特性的改变。分析发现：一次降雨的影响历时约12 d,降雨后约0.5 d该类土质边坡最危险;不同时间间隔的两次降雨对边坡稳定的影响比单峰降雨的最小安全系数滞后约0.3 d～0.8 d,影响历时基本保持不变;土体物理力学性质、边坡最危险滑动面及其对应的安全系数随水分在坡体内渗透运移而变化。     

降雨入渗条件下非饱和土边坡稳定分析

针对降雨入渗土坡的稳定问题,建立一个考虑水力渗透系数特征曲线、土-水特征曲线以及修正的Mohr-Coulomb破坏准则的非饱和土流固耦合有限元计算模型,进行雨水入渗下非饱和土边坡渗流场和应力场耦合的数值模拟,得到非饱和土边坡变形与应力的若干重要规律。研究成果为降雨入渗条件下非饱和土边坡的稳定分析提供了基础。