降雨作用下碎石土滑坡稳定性演化过程分析

不同的降雨强度和历时导致滑坡体内渗流场的动态演变,同时也影响着滑坡稳定性的变化,但目前对降雨作用下的滑坡稳定性变化规律的研究并不多。本文选取铜仁地区石灰溪滑坡进行案例研究,基于饱和—非饱和渗流理论和极限平衡理论,采用SLOPE/W模块研究在不同降雨强度及不同降雨历时组合工况作用下石灰溪滑坡在降雨中及降雨后1~7天的稳定性演化特征及规律。研究表明在不同降雨强度条件下,滑坡稳定性在第一天降雨过后急剧恶化,稳定性系数迅速减小,随着降雨强度的增大滑坡稳定性恶化明显,当降雨强度为100 mm/d时滑坡稳定性已经基本接近于整体滑动的状态;滑坡在降雨过程中稳定性系数迅速减小,随着降雨历时的增大滑坡稳定性恶化明显,当降雨历时为2天、3天时滑坡已经整体失稳。     

连续降雨条件下某震后高边坡稳定性分析

基于饱和-非饱和渗流理论,综合考虑降雨入渗引起土体重量增加、渗透力增大以及抗剪强度降低等因素的影响,建立降雨条件下震后高边坡有限元模型,运用自编计算程序USLOPE-FEM进行稳定性分析。研究结果表明:未降雨之前,坡体塑性应变主要集中分布于松散堆积体下部与基岩分界面,边坡已经接近临界平衡状态;降雨量20mm/h时连续入渗使边坡上部土层含水量增加,负压区消失且出现饱和区;随着降雨时间延长,坡体表层暂态饱和区逐渐向内部推移,土体的重量和渗透力显著增大、抗剪强度明显降低,坡体中剪应力整体增大,塑性应变区向坡顶扩展而逐渐贯通;连续降雨6h后,临空面表层出现局部滑塌,连续降雨36h后整个堆积层将沿基岩滑塌逐步堵江。研究成果可为强降雨条件下边坡安全性评价提供参考,也为该边坡的失稳预警与滑坡防治积累资料。     

含水率对花岗岩边坡风化层界面剪切特性的影响

为了研究含水率变化对成层状风化花岗岩边坡稳定性的影响,进行了一系列单调直剪试验.设置四种含水率(13％、17％、21％和25％)和三种干密度(ρd1、ρd2、ρd3),分析不同干密度下含水率对花岗岩残积土-全风化花岗岩界面剪切特性的影响.试验结果表明:在低含水率、高干密度和低竖向应力下,界面剪应力易发生剪切软化,反之,更易发生剪切硬化;含水率越高,最大剪胀量越小,且干密度越大,最大剪胀量受含水率变化的影响越小;含水率升高会大幅降低界面抗剪强度,且干密度越大、竖向应力越小,界面抗剪强度随含水率的变化率越大.     

太湖平原高度城镇化下降雨特征时空变化研究

随着人类活动和气候变化影响的加剧,降雨特征变化引发的洪水问题日益突出,探讨其时空演变特征对保障高度城镇化地区洪涝安全有较大理论和实际意义.本研究以高度城镇化的太湖平原地区为例,选取降雨强度、降雨历时、降雨集中程度和降雨峰值程度为降雨类型特征指标,以高分辨率短历时加权集合降水资料MSWEP （multi-source weighted-ensemble precipitation）为基础探讨了快速城市化发展下（1979—2016年）不同降雨历时-强度-类型的时空演变规律及其演变机制.研究结果表明：①研究区的降雨频次呈现出强度小、历时短、雨量集中于中期和高峰型降雨发生的频次高的特征;同时历时较短、集中于前期和后期的降雨频次趋于增加,而历时较长、集中于中期且中峰型降雨的频次趋于减少.②城镇化对降雨雨型的影响分析发现,高城镇化水平地区较低城镇化水平地区的降雨量更大,其中降雨强度大于25 mm/d的大雨和暴雨事件更易发生;并且更倾向于发生前期型和高峰型的极端分布降雨.随着城镇化发展研究区更易于遭受因降雨量过于集中而导致的雨涝灾害.     

Mein-Larson入渗模型的改进研究

降雨入渗模型对于降雨型滑坡稳定性的评价是相当重要的,目前常用的降雨入渗模型是Mein-Larson入渗模型,但该模型假定了土体初始含水率沿深度方向为一定值,而实际上土体初始含水率沿深度方向为非线性分布的.考虑到实际的土体初始含水率分布情况,提出了描述土体初始含水率的分布的反比例函数,对Mein-Larson入渗模型进行了改进,并通过有限元数值模拟方法对改进模型进行了验证.结果表明:当降雨入渗在小于2.5 m时,改进模型理论解和数值解存在一定的误差,当降雨入渗在2.5～5 m时,改进模型理论解和数值解基本一致;改进的降雨入渗模型计算结果较Mein-Larson入渗模型更接近数值模拟结果,改进的降雨入渗模型更加完善和可靠,可推广应用到工程实际中.     

我国典型沙漠(地)流动风沙土的深层渗漏量及动态变化

土壤水分是干旱生态系统的重要制约因素,一直是干旱区研究和生态建设的热点和难点问题,对降雨的深层土壤渗漏水量仍缺少定量观测研究.本文采用作者自主研发的YWB-01型土壤深层水分渗漏计量仪对毛乌素沙地等4大沙漠(地)的流动沙地测试记录了降雨入渗到150 cm以下深层土壤的渗漏水量,连续2年的资料表明:(1)降雨的深层渗漏水量自东向西由半干旱区向干旱区递减,其中:乌审旗流动沙地渗漏水总量高达508.4 mm,占同期降雨量58.4%,磴口的渗漏水量为23.8 mm,占降雨量13.9%,而阿拉善左旗和右旗未测试到渗漏水量,但≥25 mm的强降水对干旱和半干旱区流沙地深层土壤水分的渗漏补给具有重要作用;(2)渗漏水量的季节变化与降水的变化趋于一致,但有一定滞后,在降雨量较大地区,二者变化的相似性更强;(3)单次较强降雨在降雨开始的40~55 h后出现一个渗漏水量峰值,渗漏速率增加较快但其减少相对缓慢,持续渗漏过程长达150 h左右,降雨量越大,渗漏水量峰值就越高,渗漏水量所占降雨量的比例也越高;受降雨强度、雨量和历时的共同作用,就低强度、长历时和单次降雨量大的降雨事件更有利于降雨对沙地深层土壤的渗漏补给;(4)受土壤冻融作用的影响,在快速消融期3月份出现一个小的渗漏补给峰值.研究结果对我国干旱和半干旱区沙地水资源的准确评估和合理利用及生态建设具有现实指导意义.     

降雨径流过程驱动因子的室内模拟实验研究

降雨径流过程的驱动作用可以归结为两个方面: 第一是降雨过程的影响, 第二是下垫面变化的影响. 通过179场室内降雨径流模拟实验发现, 无论是降雨历时还是降雨强度都会影响汇流的滞时, 这与传统的假设有明显的矛盾. 尤其是在降雨历时小于全面汇流时间和较小的降雨强度下这种非线性关系的影响十分明显. 由此可以推定, 单位线用于南方湿润地区的降雨径流过程模拟更为合理, 而在北方的干旱、半干旱地区, 由于降雨强度变化快, 降雨历时短, 所以使用时要特别注意降水条件. 这也说明了过去的水文模型在北方地区的产汇流效果不好的原因. 降水历时较小时, 流域的汇流特性有较为剧烈的变化, 因为此时流域未达到全流域汇流, 这反映了实际北方降雨径流情况, 因此单位线使用时必须进行适当的非线性校正. 当降雨历时大于流域的全面汇流时间以后整个流域达到蓄泄平衡, 适用于南方长时间降雨径流关系和产汇流的基础理论研究. 在充分降雨条件下, 洪峰流量、降雨强度呈线性关系, 而与下垫面无关, 降雨强度与峰现时间成负线性关系. 流域的调蓄量与降雨强度和洪峰流量呈线性关系, 受下垫面影响和作物截留作用十分明显, 而与作物截留的位置关系不大.     

降雨和地震耦合作用对滑坡稳定性的影响——以甘肃西和Ⅲ号滑坡为例

以甘肃省西和县西山Ⅲ号滑坡为例分析了地震与降雨耦合作用对滑坡稳定性的影响。采用GEOSTUDIO软件对其进行了天然及地震降雨耦合作用两种条件下的数值模拟。通过计算结果对比可知,西山Ⅲ号滑坡在天然状态下处于稳定状态;地震降雨耦合作用对西山Ⅲ号滑坡的稳定会起到很强的削弱作用,滑坡将处于失稳状态。在此处采用的计算条件下,相同降雨量下地震与不同降雨强度的耦合作用显示,降雨强度越小雨水入渗相对越多,地震作用下超孔隙水压力影响区域越大,滑坡越不稳定。     

地震后降雨作用下堆积体滑坡模型试验研究

为研究震后降雨作用下堆积体滑坡的灾变机理、裂缝发展规律、滑坡启动时间等问题,以甘肃省舟曲县江顶崖滑坡为对象,采用振动台及人工降雨模型试验,开展4组相同地震烈度不同降雨强度的震后降雨试验。研究结果表明：(1)地震作用使坡体发生剪切破坏,震后降雨工况坡体呈现土体流失的浸蚀破坏,在坡脚处产生明显的剪出口,震后降雨作用诱发堆积体滑坡发生局部失稳。(2)地震作用使坡体中部产生剪切裂缝与错台,后缘处产生“圆弧状”张拉裂缝,在后期降雨中,裂缝变形随降雨强度增大而加剧,并在降雨中期发生突变变形。(3)地震烈度相同的情况下,滑坡启动时间与降雨强度呈指数函数关系,土体沉降变形与降雨强度呈对数函数关系。研究成果可为堆积体滑坡在震后降雨作用下的预警及防治提供参考。     

坡地土壤降雨入渗性能的径流-入流-产流测量方法与模型

坡地土壤的降雨入渗性能对于水文过程、作物水分利用、灌溉管理、土壤侵蚀等方面的研究和实践非常重要. 提出了测量坡地降雨条件下土壤入渗能力的径流/入渗方法. 依据水量平衡原理, 根据径流在坡面上的推进过程和有积水情况下积水深度随时间的变化过程推导得到了计算土壤入渗率(入渗能力)的数学模型. 采用两种工况: 雨强为20 mm/h、坡度0°和雨强60 mm/h、坡度20°, 径流/入渗坡面长度比均为1:1测量土壤入渗性能. 还用双环入渗仪测量了入渗性能用于比照. 用含水量10%的粘黄土进行室内试验, 获取了相关的数据, 并据此计算得到了两种工况的降雨入渗率曲线. 结果表明, 这种新方法可以很好地表征土壤入渗性能的概念, 并能获得很高的初始入渗能力. 分析了这种测量方法和计算模型的合理性. 采用降雨量、入渗量对比方法, 计算了上述两种工况的测量误差各为1.82%/1.39%和4.49%/3.529%(试验/模型), 说明了该方法的测量精度. 由于初始阶段供水能力的限制和土壤团聚体崩解的影响, 双环入渗仪测量得到的瞬态和稳定入渗能力均远小于用该方法测量得到的结果. 本方法可以克服以往降雨器和双环入渗仪方法的不足, 可以用于测量坡地降雨/径流/土壤侵蚀等因素影响下的整个降雨入渗过程曲线. 为相关研究提供了有力的工具.     

渗流和地震耦合作用下边坡稳定性分析

正地下水渗流和地震对边坡的稳定性都有重要影响,渗流和地震共同作用这一复杂工况下的边坡稳定性问题已成为当前岩土工程研究的热点问题之一。主要问题是渗流和地震共同作用时稳定性的计算方法需要探索和完善;各种影响因素需要深入分析和研究。本文的研究工作为解决复杂工况下的边坡稳定性分析和评价提供了一种新的思路,这一工作对多工况耦合作用下的边坡失稳机理研究和稳定性评价具有重要的理论参考和实际意义。本文在前人已有工作的基础上,基于极限平衡理论和数值模拟开展了渗流和地震两种工     

基于降雨入渗的Newmark模型改进及地震滑坡危险性预测研究

滑坡是一种破坏性非常强的地质灾害,其中地震与降雨均为诱导滑坡发生的关键因素。从降雨期间发生地震的角度考虑,基于Green-Ampt降雨入渗模型对Newmark模型进行改进,推导两因素耦合作用下的边坡安全系数F_S。以云南省鲁甸县某一区域为例,分别开展无降雨、降雨无积水与降雨积水三种情况下的地震滑坡危险性预测及坡度与入渗深度因子对位移影响分析。通过比较上述三种情况,得到研究区域内的Newmark累积位移分布及危险性区划。结果表明：与未降雨情况相比,后两种情况下地震滑坡高危险程度区域面积占比计算区域随着降雨时间的增加从1%分别提高至9%、12%,滑坡低危险程度区域面积从51%分别降低至35%、33%;坡度值与入渗深度值越大,滑坡位移越大,危险性越高。Newmark改进模型充分考虑了降雨对地震滑坡产生的促进作用,能更好地反映出研究区每个场点相对的滑坡危险性,对滑坡危险性预测具有一定指导意义。     

水平排桩对土体振动抑制作用影响的试验研究

为研究水平放置排桩对土体振动幅值的抑制作用,采用控制变量法进行模型试验,将试验获得的时域信号通过傅里叶变换转换为频域信号,得到频域条件下土体振幅,并绘制土体振幅等值线图,对等值线图不同区域土体振幅进行分析,重点分析振幅显著位置处数值变化。研究结果表明,排桩布置区域上方土体振幅大于排桩布置区域外的土体振幅,沿桩长方向土体振幅大于垂直于桩方向土体振幅;在排桩布置区域上方,排桩对高频波引起的土体振动抑制作用较差,对低频波引起的土体振动抑制作用较明显;排桩埋深越小,对土体振动的抑制作用越明显;排桩布置区域填充率越大,对土体振动的抑制作用越明显;排桩桩径越大,对土体振动的抑制作用越明显。     

降雨对昌黎台地电阻率的干扰分析

昌黎台地电阻率受降雨影响明显, 降雨量越大, 地电阻率下降幅度越大, 两者存在良好的线性关系。 基于昌黎台电测深资料反演的水平层状均匀介质结果, 建立地表薄层电性结构变化模型, 通过影响系数理论定性分析降雨对地电阻率的即时效应, 研究结果显示降雨主要是通过改变地表介质含水量和电性结构造成地电阻率变化的。 利用褶积滤波法定量模拟降雨对地电阻率的短期影响过程, 可以较好去除降雨对地电阻率的即时影响和滞后响应。     

强震作用下桥台对斜交连续梁桥抗震性能的影响研究

为研究强地震作用下,桥台及台后土体对斜交连续梁桥抗震作用的影响。以一座三跨连续斜交箱梁桥为依托,应用sap2000建立不同斜度的模型,针对有、无桥台两种工况,采用非线性时程分析方法,研究了纵向不同地震动强度输入下,桥台及台后土体作用对不同斜度的连续梁桥主梁和桥墩位移的影响规律,并对桥墩的延性性能进行分析。研究结果表明:桥台及台后土体的存在会抑制主梁的纵向位移,大大增加主梁梁端的横向位移,地震动幅值越大,这种作用越明显;桥台及台后土体作用会减小墩顶纵向位移和墩底纵向弯矩,降低桥墩纵向位移延性需求,提高桥墩纵向安全性,斜交角越大,该影响效果越小;桥台作用对桥墩的横向反应几乎无影响。建议在桥梁抗震设计时应考虑桥台以及台后土体的作用,并针对不同斜度的连续梁桥采取相应的抗震措施,以提高其抗震性能。     

武汉台形变观测与降雨参数之间的定量分析与研究

基于“前兆台网(站)观测数据跟踪分析平台”,对武汉台形变观测资料进行了系统分析,提取出观测曲线受降雨干扰影响的事件,采用降雨总量、初始驱动降雨量和瞬时降雨量最大值等降雨参数对降雨干扰事件进行统计分析。结果表明:降雨总量达40 mm、初始驱动降雨量为0.3 mm或瞬时降雨量最大值达0.6 mm时,DSQ型水管倾斜仪易受降雨干扰;SSY型铟瓦棒伸缩仪当降雨总量超60 mm或瞬时降雨量最大值大于0.5 mm时易受降雨干扰;VS型垂直摆倾斜仪受降雨干扰与降雨总量、初始驱动降雨量和瞬时降雨量最大值无显著相关关系;降雨总量对形变仪器观测物理量的影响基本呈现线性;而形变仪器观测物理量与初始驱动降雨量、瞬时降雨量最大值无显著相关关系。认为武汉台形变观测受降雨影响主要来自降雨渗透影响和周边水体荷载变化影响两个方面。     

极端冰雪条件下的顺层岩质边坡滑移稳定性分析

推导了典型岩石边坡在极端冰雪条件下的滑移稳定系数的表达式;通过计算分析,揭示了岩石边坡滑移稳定系数随裂隙内水深、坡高、坡角、滑面倾角等因素变化的规律及与冻深的关系,并绘制岩石边坡滑移稳定系数与边坡几何要素之间的关系图。研究表明,当考虑极端冰雪灾害影响时,岩石边坡滑移稳定系数发生较为明显的变化：随裂隙饱水程度、坡面角、主滑面倾角的增加而降低,随主滑面抗剪强度的减小而降低;裂隙饱水程度越高、坡体高度越低、坡面角越小、主滑面倾角越大的边坡的滑移稳定系数,对裂隙冰冻胀力的反应越敏感。     

三峡库区卧沙溪次级滑体变形机理与阈值研究

在库水位升降及降雨作用下,三峡库区不少土质滑坡出现周期性阶跃变形,此类滑坡变形机理复杂,预警预报难。以典型涉水土质滑坡卧沙溪滑坡为例,通过10多年野外宏观巡查资料、13年的人工监测和4年的全自动监测数据,揭示卧沙溪滑坡次级滑体的变形机理,建立降雨及库水位相关阈值。结果表明：(1)次级滑体变形的主控因素由库水位下降和库水浸泡转变为持续性降雨。(2)持续性降雨导致坡体变形,监测点位移速率“峰值滞后”效应为1～2 d,位移速率衰减时间为5～9 d。(3)降雨及库水位阈值：30 d累积降雨量阈值150 mm,且变形前1 d降雨量40 mm;变形启动3 d内,累积降雨量超过50 mm会加速坡体变形,且变形时间延长。库水位下降至146 m前30 d累积降雨量115 mm,库水位下降速率阈值为0.8 m/d。研究成果可为类似滑坡的监测预警提供参考。     

西北地区典型遗址土动模量与阻尼比特性试验研究

通过室内动三轴试验,研究了西北地区遗址土体的动本构关系,得到了模型参数,分析了遗址土体的动剪模量比和阻尼比的特性,并通过归一化处理得出模型参数,结果表明:遗址土体符合Hardin-Dinevich双曲线模型,其相关系数均大于0.991 7,模型参数a、b与土样密度不存在相关性;在相同荷载下,密度越大,动应变和动残余应变越小,其中陕西定边陡沟子明长城墙体土承受动荷载能力下降较快,而草滩段秦长城墙体、瞭望台台基处初始弹性模量和初始剪切模量较小,三处土体硬度较小,易于遭受病害侵蚀破坏,需进行重点加固维护;遗址墙体所建窑洞处土体强度和硬度明显大于长城墙体,动弹性模量和动剪切模量约为其墙体2倍。草滩段瞭望台土体强度和硬度明显大于同地区长城墙体;遗址土体的动剪切模量G/G0随着动剪应变γd的增加而减小,且密度越大,衰减速度越快,阻尼比D随着动剪应变γd的增长,呈现先缓慢增加-急剧增加-缓慢增加的过程,且密度越大,阻尼比越大。按建造年代、建造形制和用途划分、所处地区对典型遗址进行动力特性的对比分析,为今后土遗址加固保护提供理论基础和参考依据。     

降雨对无支挡结构下隧道-滑坡正交体系的作用机理研究

通过大型地质力学模型试验,研究在无支挡结构下降雨对隧道-滑坡正交体系的作用机理。主要研究不同降雨阶段,隧道-滑坡正交体系下隧道纵向应变的变化特征及隧道不同横断面环向应力变化特点,并重点分析在不同降雨阶段,不同位置及其不同横断面滑体的位移变化特征。试验结果表明:(1)降雨可导致坡体横断面断裂而出现新的滑移面,从而导致坡体失稳。(2)在隧道-滑坡正交体系下,随着雨水的下渗及滑体土样含水率不断增大,隧道局部应变有明显突变,且山侧纵向应变比河侧应变要大。(3)在隧道-滑坡正交体系下,降雨使得隧道环向应力呈不均匀变化:隧道的底部应力大于顶部应力,山侧应力大于河侧应力,表明降雨可导致滑体蠕动或局部滑移,引起隧道不均匀受力及变形,这对隧道结构的安全非常不利。本次试验可为雨水充沛区的滑坡及隧道抗滑设计提供一定参考。