雨水入渗对非饱和土坡稳定性影响的参数研究

很多国家和地区的斜坡失稳与雨水入渗有密切关系。通过参数分析研究可以深化对这种关系的认识和理解,因而对滑坡灾害的预测和预防有重要意义。针对香港地区一种典型非饱和土斜坡,用有限元法模拟雨水入渗引起的暂态渗流场,然后将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于斜坡的极限平衡分析。计算中采用延伸的摩尔－库伦破坏准则以便考虑基质吸力对抗剪强度的贡献,研究了降雨特征、水文地质条件及坡面防渗处理等因素对暂态渗流场和斜坡安全因数的影响。数值模拟结果表明：降雨强度、降雨历时和雨型对暂态渗流场及斜坡稳定性有明显的影响;土体的渗透系数,尤其是渗透系数各向异性的影响特别显著;斜坡中相对隔水层的存在以及斜坡防渗护面的效果等因素的影响均不容忽视。     

斜坡降雨入渗在Flac中模拟

为了简化分析,在模拟斜坡降雨入渗暂态渗流时,通常没有考虑入渗和产流的耦合过程,通过施加流量边界或零水头边界进行地下水渗流计算,通过在FALC中利用内嵌的fish语言,考虑地表径流和地下渗流的耦合以及雨向影响下斜坡降雨入渗过程,并通过算例分析了考虑和不考虑耦合、对斜坡孔隙水压力分布以及考虑各种雨向作用下对坡面积水深度的影响。     

考虑地表径流与地下渗流耦合的斜坡降雨入渗研究

为简化分析，在模拟斜坡降雨入渗暂态渗流时，通常没有考虑入渗和产流的耦合过程。笔者提出了一种新的考虑地表径流与地下渗流耦合的斜坡降雨入渗分析方法，它较好地模拟了入渗和产流的过程，并通过算例，研究了考虑与不考虑该耦合作用对斜坡孔隙水压力分布的影响。     

基于FLAC3D平台的边坡非饱和降雨入渗分析

为研究降雨入渗条件下三维边坡渗流场的变化过程,在全面研究FLAC3D软件渗流分析模块功能及算法的基础上,通过编写FISH函数完善了FLAC3D软件的非饱和渗流计算功能。基于降雨入渗机制的分析,编写了降雨入渗及停雨出渗边界的FISH函数,实现边坡三维降雨入渗过程的模拟。通过降雨条件下算例边坡的饱和非饱和渗流场变化过程的数值计算,研究了降雨入渗引起的边坡暂态饱和区变化过程,并与已有研究成果进行对比分析,从而验证了自编FISH函数实现边坡三维非饱和渗流计算结果的正确性。研究成果表明,文中提出的边坡三维非饱和降雨入渗分析是可行的,同时也为三维边坡非饱和渗流场的研究提供了一条有益的途径。     

台风暴雨型浅层滑坡失稳机理研究

针对台风暴雨耦合作用下浅层滑坡的失稳机理进行研究。在总结福建台风暴雨型滑坡灾害特征的基础上,提出风荷载对斜坡变形失稳的影响机理是通过植被造成坡体开裂,从而影响坡体的入渗规律。应用GeoStudio软件计算台风暴雨入渗条件下裂隙坡体中暂态非饱和渗流场的变化,以及对斜坡稳定性的影响。计算结果表明:裂隙坡体由于在裂隙处形成集中入渗点,雨水的入渗速度大于无裂隙的坡体,坡体达到饱和状态所需要的时间大为缩短。裂隙深度、间距对滑坡稳定系数的影响较大,裂隙深度越大、间距越小,在相同的降雨条件下滑坡的稳定系数越小,滑坡失稳需要的降雨时长越短。裂隙宽度对滑坡稳定性的影响相对较小。      

降雨条件下土坡饱和-非饱和渗流分析

分析了降雨入渗的过程,提出了降雨概念模型:讨论了如何用饱和-非饱和渗流数值方法分析边坡在不同雨型下的渗流场;分析结果表明:雨水入渗过程受初始渗流场影响很大,初始含水量的大小影响湿润锋的推进。暴雨情形下,雨水入渗缓慢,浅部土体保持一定吸力,雨停后渗流场仍有较大变化。     

降雨作用及坡脚开挖激发路堑滑坡的灾变效应

山地丘陵地区,暴雨是一种灾害性天气,其持续性强降雨可诱发山体滑坡。对于因高等级公路建设而实施坡脚开挖的斜坡条件,其在连续性强降雨作用下的暂态渗流场及暂态安全稳定性的变化情况是值得探讨的问题。基于浙南山区某路堑斜坡实际工况,针对已经实施坡脚开挖的条件,采用数值模拟和极限平衡计算,研究斜坡在不同强降雨雨型作用下的饱和-非饱和暂态渗流场,并对其安全稳定性变化规律进行流固耦合分析。研究表明:在坡脚开挖的激发作用下,坡体达到失稳破坏的时间大大缩短;坡体暂态渗流场和强降雨雨型密切相关,强降雨持时越长,强降雨量越大,暂态渗流场向坡体表面扩散的趋势越明显,则滑体饱水面积比越大,基质吸力越小,坡体稳定系数的下降幅度也越大;坡体稳定系数的变化趋势与暂态渗流场的扩展变化情况密切相关,暂态渗流场越向坡体表面扩展则坡体稳定系数越低,可见在坡脚开挖和强降雨激发的综合作用下,斜坡极易失稳破坏。此规律性成果可为相应滑坡整治提供参考依据。     

暖季强降雨对多年冻土南界斜坡路基稳定性影响分析

青藏铁路在多年冻土南界地区,夏季强降雨后的入渗,不仅破坏了冻土路基内地温场,降低了土体的强度,同时入渗产生的渗透压力降低了斜坡路基的稳定性。文章采用有限元对青藏铁路安多段多年冻土斜坡路基进行降雨入渗的模拟,并将渗流分析结果作为路基稳定性计算的水力条件。计算结果表明,该冻土斜坡稳定性系数在降雨结束20h内持续变小,而最小值出现在降雨后2d左右。     

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。     

雾化雨入渗影响下岩质边坡的流固耦合分析

借鉴不饱和渗流的研究方法,参考考虑雾化雨入渗的数学模型和应用有限元软件ABAQUS,分析了雾化雨入渗影响下边坡位移场和渗流场的变化,以及雾化雨入渗对岩体高边坡稳定性的影响。将该方法应用于某水电站大型岩体高边坡工程,得到具有重要工程指导意义的结论和建议。结果表明,雾化雨入渗使得坡体发生了较为明显的变形,且入渗量越大边坡的变形越大,应加强坡面的保护,最大限度地减小雨水入渗,降低雾化雨入渗对边坡的影响。     

降雨对多年冻土区浅层滑坡失稳的影响研究

近年来青藏高原多年冻土地区降雨量呈增大趋势,导致活动层沿多年冻土层滑脱,诱发的冻土浅层滑坡灾害严重影响区域生态环境和人类活动。冻土浅层滑坡失稳是渗流、温度和应力复杂耦合的过程,明确降雨条件下多年冻土斜坡水热力响应机制,揭示降雨诱发冻土浅层滑坡失稳的机理十分关键。基于冻土水热力耦合数值模拟方法,建立了仅施加气温变化的模型一和在气温变化基础上施加强度为9 mm·d^-1、持续降雨18 d的模型二,探讨了低强度、长时间降雨对多年冻土斜坡水热力演化的影响。结果表明：夏季雨水入渗对斜坡浅层温度场产生扰动,进而影响土体冻融过程,活动层以下有形成富水层的可能。雨水入渗导致融土饱和度大幅增加,水分渗流方向由竖直向下逐渐转变为顺坡方向。极限状态下斜坡位移分布在活动层,符合冻土浅层滑坡变形特征,降雨入渗数天后活动层位移有显著增大的趋势,最大位移所在位置向坡脚转移。降雨对斜坡稳定性影响显著,雨水入渗对活动层水热力产生持续影响,斜坡安全系数最小值出现明显滞后。研究结果为青藏地区冻土浅层滑坡灾害防治提供了科学指导。     

侵入岩脉风化壳对中林村残积土滑坡渗流场和稳定性的影响

岩脉侵入是一种普遍的地质现象,侵入岩脉及其风化壳对斜坡的渗流场和稳定性具有重要影响,但目前国内外在该方面的研究鲜见报道。我国东南沿海约50万km2的白垩系火山岩地层中广泛分布侵入岩脉及其风化壳,改变了该地区残积土斜坡的失稳机制。本文以浙江省文成县中林滑坡为对象,研究花岗岩脉风化壳对其渗流场和稳定性的影响。中林滑坡主要由凝灰岩及其残积土组成,后部有侵入的花岗岩脉及其残积土,本文利用室内土柱实验获取降雨作用下两种残积土的降雨入渗规律及渗透性质的差异,利用不同含水率下的直剪试验获取两种残积土的非饱和抗剪强度参数;然后利用Geostudio软件中的Seep/W模块反演土柱降雨实验,获取两种土体的非饱和渗透参数;接着将上述参数应用于中林滑坡的渗流场模拟,获取降雨入渗下坡体的渗流场及其变化规律;最后将渗流场耦合到坡体稳定性计算中,获取了坡体的稳定性变化曲线及最危险滑面。结果表明,降雨通过侵入岩脉风化壳快速入渗,并顺着基覆面向凝灰岩残积土区侧向渗流,导致侵入区与原始斜坡的交界处以及基覆面附近的地下水位快速升高,孔隙水压力迅速增大,斜坡在该位置最易变形破坏,且失稳深度远大于普通的浅层残积土斜坡,可达6-10米。本文的研究成果可为东南沿海地区有岩脉侵入的残积土斜坡的稳定性评价与防治设计提供理论依据。     

降雨入渗条件下粗粒土路堤暂态饱和区发展规律及稳定性研究

为了分析降雨入渗条件下粗粒土路堤暂态饱和区发展规律及稳定性,结合工程实际及气象资料,通过拟定不同的降雨计算方案,采用饱和-非饱和渗流理论对粗粒土路堤边坡在不同降雨条件下雨水入渗过程进行数值模拟.研究结果表明:降雨过程中路堤边坡表面会形成一定范围的暂态饱和区,暂态饱和区的形成及发展过程与降雨强度及降雨时间密切相关;降雨入渗仅会引起路堤边坡坡面以下水位线的大幅上升,对路堤中部地下水位线影响较小;降雨停止后,路堤上部暂态饱和区迅速消散,而路堤中下部暂态饱和区消散过程则表现出明显的滞后特征,但总体而言暂态饱和区的面积呈下降趋势;降雨入渗将导致入渗区域内基质吸力的丧失与含水率的增加,是造成路堤边坡稳定性降低的主要因素,路堤的失稳形式表现为整体滑移与表面局部坍塌相结合.     

侵入岩脉风化壳对中林村残积土滑坡渗流场和稳定性的影响

岩脉侵入是一种普遍的地质现象,侵入岩脉及其风化壳对斜坡的渗流场和稳定性具有重要影响,但目前国内外在该方面的研究鲜见报道。我国东南沿海约50×104 km2的白垩系火山岩地层中广泛分布侵入岩脉及其风化壳,改变了该地区残积土斜坡的失稳机制。以浙江省文成县中林滑坡为对象,研究花岗岩脉风化壳对其渗流场和稳定性的影响。中林滑坡主要由凝灰岩及其残积土组成,后部有侵入的花岗岩脉及其残积土,利用室内土柱试验获取降雨作用下两种残积土渗透性质的差异,利用不同含水率下的直剪试验获取非饱和抗剪强度参数;利用Geo-studio软件中的Seep/W模块反演土柱降雨试验,获取两种土体的非饱和渗透参数;接着将上述参数应用于中林滑坡的渗流场模拟,获取降雨入渗下坡体的渗流场;将渗流场耦合到坡体稳定性计算中,获取了坡体的稳定性变化曲线及最危险滑面。结果表明,降雨通过侵入岩脉风化壳快速入渗,并顺着基覆面向凝灰岩残积土区侧向渗流,导致侵入区与原始斜坡的交界处以及基覆面附近的地下水位快速升高,孔隙水压力迅速增大,斜坡在该位置最易变形破坏,且失稳深度远大于普通的浅层残积土斜坡,可达6～10 m。该研究成果可为东南沿海地区有岩脉侵入的残积土斜坡的稳定性评价与防治设计提供理论依据。     

泄洪雾雨作用下边坡饱和非饱和非稳定渗流研究

泄洪雾雨作用下的边坡岩体饱和非饱和渗流问题是目前我国西南地区在建和已建高坝所面临的一个共同问题。从理论上分析了雾雨作用下饱和非饱和介质中水分运动特征;根据饱和渗流和非饱和渗流的数学模型,建立起统一的岩体饱和非饱和非稳定渗流数学模型;编制了有地表入渗作用的饱和非饱和非稳定渗流三维有限元计算程序;对有限元求解中的容水度问题、非饱和水力参数问题以及初始水头场问题作了相应的优化处理;以实际工程为例进行了饱和非饱和渗流分析,计算结果表明,比天然降雨雨强大很多的雾雨入渗会形成对边坡稳定不利的暂态饱和区,并引起地下水位的抬高;暂态饱和区的大小和地下水位的增幅取决于边坡表面的护坡效应和排水、防渗帷幕等措施,因此应该加强边坡表面的保护以及合理的设置排水、帷幕等措施,以减少入渗和地下水位的抬高。     

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。     

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。     

降雨对路堤斜坡稳定性影响的时间效应

以某高速公路填筑试验路堤为例,基于非饱和土渗透及强度理论,采用渗流场与应力场、稳定性计算耦合的方法,对两种不同透水特性的路堤在降雨过程中孔隙水压力和稳定性系数随时间变化的特点及规律进行较为深入的探讨。结果表明,（1）透水性能较好的路堤斜坡下部降雨入渗要强于斜坡上部,透水性能较差的路堤斜坡,雨水往往以近似于均匀的形式入渗;（2）透水能力强的路堤斜坡在短暂的超强降雨或者强度较低但持续时间超长的降雨过程中,其最小稳定性系数易于出现滞后现象,一般滞后0.5～3 d,透水能力差的路堤斜坡最小稳定性系数有显著滞后特点,一般滞后7～15 d;（3）总降雨量一定、雨强大于等于50 mm/d条件下透水能力强斜坡能达到的最小稳定性系数随降雨时间增长而降低,而透水能力差的斜坡最小稳定性系数受雨强和降雨时间共同影响。     

降雨条件下露天平台边坡的稳定性研究

节理、裂隙控制着地表岩体的力学强度和导水特性。采用遍布节理力学模型和饱和非饱和等效连续介质渗流模型反映节理的主导作用,基于节理连通率将岩体的渗流特性与力学特性耦合起来,分析了在FLAC3D中实现渗流与力学耦合机制、降雨边界条件处理以及连通率演化,并开发了适用于FLAC3D的多组遍布节理模型,模拟了海南矿业联合有限公司一顺层平台边坡降雨过程中渗流场和力学场的变化。计算结果表明,降雨开始后边坡地表迅速饱和并形成暂态饱和区,随着降雨的继续,边坡负压区进一步缩小,同时暂态饱和区也不断扩大;在降雨结束后,由于水压力迅速消散造成暂态饱和区开始减小,在降雨过程中渗流也会引起层面的破坏和其裂隙连通率的演化。因此,运用上述耦合分析模型计算降雨入渗对边坡稳定性的影响是可行的。     

暴雨型滑坡降水入渗机理分析

暴雨能诱发大量的滑坡发生,在不同地区存在不同的临界降雨值,每当雨强大于该值时,滑坡就会大面积发生,这已经被多起滑坡事件证实。一般地,入渗理论认为,当雨强大于一定值时,入渗率是常量,过强的降水会转化为地表径流,这与雨强越大滑坡越易发生、群发性越强的观察结果不一致。在斜坡体上存在大量的裂隙,它们对降水入渗有着很大的贡献,应用有限单元法分别模拟了有裂隙和无裂隙时斜坡体内瞬态渗流场的变化,并用Bishop法对不同埋深滑动面的稳定性做了计算分析。模拟结果表明：考虑裂隙时的计算结果与宏观观察结果更一致,在评价降雨入渗对斜坡稳定性的影响时,一定要充分考虑裂隙的存在,只有雨强大于一个临界值时才会有充足的降水通过裂隙渗入到斜坡深部,裂隙的影响才显著地表现出来。