降雨条件下黄土边坡现场试验研究

黄土边坡的变形破坏多发生于降雨期间,由此也造成了大量的损失。为减小降雨诱发黄土滑坡的影响,开展降雨型滑坡现场实验研究,具有现实意义。本文选取泾阳一天然黄土边坡为研究对象,利用自行设计的模拟降雨系统,设计并进行了3组不同雨强下的大型黄土边坡人工模拟降雨试验,旨在研究不同雨强条件下天然黄土边坡的入渗规律及变形破坏模式。通过对边坡内埋设的土壤水分传感仪、土压力盒和张力计管的读数变化及试验现象进行分析,进而得出降雨条件下大型黄土边坡现场试验的变形破坏规律,总结出该类边坡的水分入渗规律和变形破坏模式。试验结果表明,边坡入渗呈现一定的规律:降雨条件下,坡肩入渗深度和速率最大,坡脚次之,坡面最小;同时,降雨强度越大,雨水入渗速率越快,入渗时间越长,边坡相同位置处体积含水率和土压力增大幅度越大,基质吸力减小的幅度越大。降雨条件下天然黄土边坡的变形破坏模式为:坡肩侵蚀及侵蚀扩展→坡面裂隙形成扩展→坡肩裂隙形成扩展→局部滑塌;若继续降雨,则坡肩局部裂隙逐渐贯通进而形成滑面,最终导致滑坡发生。     

降雨诱发直线型黄土填方边坡失稳模型试验

近年来,随着“治沟造地”和“固沟保塬”等工程在黄土高原的陆续开展,出现了许多直线型黄土填方边坡。降雨是诱发边坡失稳的重要因素,但对降雨诱发直线型黄土填方边坡变形演化特征和破坏模式的研究较少。以直线型黄土填方边坡为研究对象,通过传感器监测、三维激光扫描和人工降雨,开展室内降雨模型试验,记录了降雨入渗下边坡内部水文响应特征和边坡失稳破坏过程,并对湿润锋、土颗粒运移、坡体内部变形响应、裂缝演化特征及破坏模式进行了分析。试验结果表明:随着降雨入渗,湿润锋达到后,体积含水率增加,并在峰值后保持稳定,而基质吸力则减小,到达最低点后保持稳定。冲沟对填方边坡的影响较大,它的发育改变了坡体内含水率特征,同时也是控制边坡整体滑动的边界;边坡变形响应区域主要是以填方边坡前缘堆积区和后缘滑塌区为主;裂缝演化方向由边坡前缘向后缘发展,它的发育为雨水入渗提供优势通道,同时也加剧边坡的变形破坏;降雨形成的水动力驱使坡体中细颗粒从填方边坡后缘向前缘流失,减弱了土体颗粒之间的胶结能力,使其抗剪强度降低,进而使边坡失稳破坏。因此,在降雨入渗下,直线型黄土填方边坡的变形破坏模式为:坡顶冲沟破坏、坡脚软化→局部牵引坍塌、整体失稳→块体分割、流滑破坏。研究结果可为直线型黄土填方边坡的工程建设和滑坡灾害防治提供理论参考。     

贵州某公路滑坡变形破坏机制及稳定性评价

贵州某公路边坡在雨季产生滑动,坡体后缘的裂缝呈放射状,这一现象较为特殊。通过现场调查、岩土体实验,对该公路滑坡变形破坏机制、放射状裂缝形成机制及滑坡稳定性进行评价。研究结果表明:研究区的地形及物质组成是滑坡发生的地质基础,连续的强降雨是滑坡发生的诱发因素;坡体后缘先破坏滑动,推动挤压前缘土体鼓胀变形,滑移类型为推移式;滑坡处于山区公路弯道外凸弧形斜坡地形,这是后缘放射状张拉裂缝形成的主要因素;滑坡在天然状态下稳定,在强降雨状态下欠稳定,需要采取防治措施进行治理。     

延安市阳崖黄土边坡开挖破坏离心模拟试验研究

人工开挖是黄土地区滑坡形成的主要诱发因素之一,开挖导致斜坡一定范围内产生卸荷回弹和应力重分布,斜坡应力重新平衡的过程伴随着斜坡形变,甚至破坏。延安市宝塔区枣园镇阳崖滑坡为典型开挖诱发的黄土边坡,本文选取阳崖滑坡为地质原型,采用TLJ-500大型土工离心机对边坡坡脚开挖状态下变形破坏过程进行模拟试验,通过对模型控制点监测数据分析,研究边坡坡脚开挖前后坡体形变位移特征、坡体内部土压力响应特征以及边坡变形破坏机理。结果表明:坡脚开挖后临空面附近产生局部垮塌,其坡体位移、潜在滑移面以及拉张裂缝均由坡体前缘往后部渐进性变化发展。开挖后坡体内部产生明显的应力松弛,且越靠近开挖面卸荷效应越明显,开挖主要影响坡体的中前部分,对坡体后部影响较小甚至无影响,分析得知坡体变形破坏机理为典型的渐进后退式。     

降雨诱发填方路堤边坡变形机制物理模拟研究

填方路堤变形失稳是西部山区工程建设的常见问题。重庆某高速公路边坡为典型的堆载条件下降雨诱发型滑坡,填方堆载后,填方边坡在连续降雨条件下,沿基岩之上的软弱面产生滑动破坏。定性分析认为,降雨在滑坡形成中起着关键作用,为了研究填方边坡在降雨条件下的变形破坏机制及孔隙水压力与变形之间的关系,采用物理模拟方法研究边坡变形失稳的全过程,分析孔隙水压力随降雨时间的变化规律及其与变形破坏的关系。研究结果表明：边坡后缘大方量堆载,改变了其应力条件,是滑坡产生的主要因素。场地施工改变了原有的地表水环境,连续强降雨致使大量下渗的雨水,不仅显著改变坡体应力条件,而且雨水沿着滑面运移软化滑带,是滑坡产生的重要诱发因素。孔隙水压力在坡体失稳过程中起着关键作用,填方体土碎屑、泥质含量大,下渗的雨水携带上部细小颗粒及滑带泥质成分至滑带附近,堵塞地下水消散通道,表现为坡体变形积累,孔隙水压力增加;边坡变形陡增,孔隙水压力降低。该滑坡破坏分为降雨下渗、滑带饱水软化、后缘产生裂缝、裂缝贯通-整体滑动4个阶段,为蠕滑-拉裂式滑坡。     

黄土-泥岩接触面滑坡的两种雨型模型试验

黄土边坡变形失稳机理研究对于黄土滑坡灾害防治具有重要意义。黄土-泥岩接触面滑坡作为黄土滑坡类型之一,研究人员已对其失稳基本过程与形成机理有较为清晰的认识。但对于其在不同降雨类型下,特别是强降雨条件下的变形破坏过程则有待进一步探讨。因此,本文对黄土-泥岩接触面边坡开展室内降雨模型试验,研究其在强降雨条件下斜坡变形破坏模式。试验设计连续强降雨和间断强降雨两种降雨条件,对比分析两种降雨条件下边坡雨水入渗规律及变形破坏模式。结果表明:在两种典型降雨模式下,雨水入渗速率由边坡前缘至后缘逐渐降低;在坡体表层,随着降雨由间断至连续过渡,入渗速率逐渐增加;在坡体深部,入渗速率受边坡结构影响;间断降雨下边坡呈现滑移-拉裂失稳;在连续降雨条件坡体则表现为蠕滑-拉裂破坏。     

断裂控制的滑坡机理研究以柳家坡滑坡为例

本文针对受红椿坝-曾家坝断裂控制的陕西省安康市岚皋县柳家坡滑坡,在现场调查分析的基础上,采用Midas/GTS软件对其形成机理进行了三维数值模拟研究。模拟结果表明,断裂对该滑坡的发生起着控制性的作用,岩土体的性质决定了该滑坡的类型,而水和人类工程活动触发了该滑坡的发生。得到柳家坡滑坡的变形破坏模式为:坡体前缘向前运动,西侧断层强烈破碎带通过处侧壁剪切破坏,坡体后缘产生张拉裂缝,从而带动东侧坡体的变形破坏。由于坡体前缘为修建公路开挖的临空面,坡脚处缺失支撑,诱发了滑坡的发生。柳家坡滑坡形成机理的模拟结果可为日后相似条件下滑坡的防治提供一定的借鉴。     

大光包滑坡启动机制的物理模拟试验

安县大光包滑坡是汶川地震触发的规模最大的滑坡,为了研究其形成机制,本文结合野外现场调查,利用三维振动台物理模拟试验,研究了大光包滑坡在地震作用下的启动机制与破坏过程,探讨了滑坡发生与坡体结构的密切关系。研究结果表明:大光包滑坡一个楔型槽状滑落体,沿着白云岩沙化层面和坡体中垂直于层面倾坡内早期X构造裂隙构成,是层面与裂隙在地震力作用下扩展并破坏的宏观表现;振动作用下坡体首先在坡顶产生一系列的拉张裂缝,随后在坡体下部产生剪切裂缝;后缘拉裂面、东侧白云岩层面和西侧拉裂边界将坡体切割成楔形体并滑下;滑坡为一后退式滑坡,呈多次后退式破坏。     

地震作用下黄土边坡动力响应数值分析

利用FLAC3D软件对某三级黄土边坡进行了动力反应分析。首先分析了静力作用下该黄土边坡剪应变增量和坡面、坡内、坡顶不同监测点的位移;在此基础上进行动力分析,得出黄土边坡地震动力响应规律。研究结果表明,静力作用下坡面上水平向位移明显大于垂直向位移,水平向位移从坡底向上逐渐减小;坡面处位移较大,位移在每级坡坡脚稍向上一定范围内达到最大值;地震作用下黄土边坡剪应变增量由坡脚稍向上部位开始向周围扩展,范围明显增大,且随地震持时的增加剪应变增量增幅较大;塑性区变化显示该黄土边坡坡顶以拉破坏为主,坡脚稍向上开始以剪破坏为主并伴有拉破坏。黄土边坡对地震波具有临空面放大效应,地震波在坡体内传播过程中还具有滞后效应     

基于黏聚力裂缝模型的反倾层状岩质边坡倾倒破坏模拟

反倾层状岩质边坡的倾倒破坏是一种常见的地质灾害。为探究开挖条件下反倾层状岩质边坡的倾倒破坏机制以及层间剪切强度、岩层厚度因素对破坏特征的影响,利用ABAQUS有限元软件,建立黏聚力裂缝模型（Cohesive Crack Model,CCM）,基于连续-离散方法,经参数标定和对比,建立反倾层状岩质边坡CCM,采用开挖并增重的方式诱发边坡倾倒破坏。数值模拟结果与古水水电站坝前倾倒变形体离心模型试验结果基本一致,验证了CCM的正确性。进一步,基于以上参数及模型,研究了反倾层状岩质边坡的破坏演化过程和应力分布特征,并探讨层间剪切强度对边坡倾倒破坏特征的影响。结果表明:坡体前缘首先发生局部折断,后缘出现明显拉裂缝,反倾岩层由下往上依次折断直至倾倒体中部（一级破裂面）。随后,坡体前缘的表层岩层被挤出,形成二级破裂面,最后一级破裂面扩展至坡体后缘,形成连通宏观的破裂面。最后,二级破裂面扩展至坡体中部,边坡完全倾倒破坏;破裂面基本沿层间法向应力峰值位置连线发育;层间剪切强度对边坡倾倒破坏特征具有显著的影响,随着层间剪切强度的增大,岩层初始折断位置逐渐降低,垮塌范围逐渐减小,破裂面倾角增大;坡体层厚越大,一级破裂面分布越深,垮塌区范围越大,坡体滑动的整体性越强。研究成果可为反倾层状岩质边坡倾倒破坏的分析和监测提供有效计算方法及依据,为此类滑坡灾害的防治提供一定参考。     

陕西某顺层岩质边坡滑坡形成机理及破坏边界研究

为研究探讨顺层岩质边坡的形成机理和破坏机制,以陕西某拟建抽蓄电站下库区一处顺层滑坡为例,通过对现场的详细勘查,分析了坡体的结构与变形特征,并对滑坡的形成机制与滑坡破坏边界的确定进行了深入讨论与研究。分析结果表明,斜坡因公路修建坡脚开挖,具备了沿层面滑动的临空条件,随后强降雨导致中下段发生滑移-拉裂式破坏,其整体破坏边界明确。通过对局部破坏边界的进一步研究,发现滑坡整体上未完全破坏,岩层结构面,下游侧一组长大结构面和反倾坡内层面分别构成了残留坡体的底滑面,下游侧滑面和后缘分离面,该部分的坡体仍有失稳的可能性。该研究对于滑坡稳定性的进一步确定和灾害的有效治理有重要意义。     

某营运高速公路类土质边坡的稳定性分析及加固设计

某高速公路类土质边坡表层为坡积土,下伏强风化—弱风化泥页岩,公路营运巡检中发现该边坡出现变形破坏迹象。对该类土质边坡变形破坏发展过程、成因及稳定性进行分析研究,研究结果表明,该边坡破坏形式为浅层牵引式滑坡,分别利用有限元强度折减法和瑞典圆弧滑动面法对边坡的稳定性进行分析计算,计算结果显示,正常工况下和非正常工况I（暴雨）下边坡都处于不稳定状态,经综合分析结合稳定性计算,提出采用封闭坡表裂缝+预应力锚杆格梁+仰斜排水孔进行治理,加固后的监测数据验证了边坡的稳定性和治理方案的可靠性。研究成果可为类土质边坡滑坡灾害防治提供参考。     

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。     

开挖型黄土滑坡发育特征统计分析

近年来,黄土高原地区由于工程开挖活动的不断加剧,引起工程性的灾难性黄土滑坡不断增加,而对开挖引起黄土滑坡的发育规律与特征认识不清。为此,在野外调研的基础上,对典型工程开挖所引起的黄土滑坡,分别从滑坡的分布特征、后壁特征、坡高对滑坡产生的影响以及滑坡后缘裂缝特征进行数学统计分析,结果表明:(1)在分布上分别具有:地貌的选择性、地层的选择性、条带状分布特征;(2)在开挖方式上表现为快速开挖和蠕动开挖;(3)滑坡后壁陡坎高度受上层马兰黄土厚度控制,其后缘裂缝的发育呈"雁羽式"和"双耳"状特征,对后缘演化机制进行了探讨。     

降雨诱发黄土高填方支挡边坡失稳机理研究

近些年,由于机场建设、公路铁路等地面交通网以及城镇化的建设在黄土丘陵地区开展越来越频繁,形成大量的黄土填方高陡边坡,虽然这些地区的年降雨量较小,但是降雨已经是诱发黄土滑坡的主要因素,通过对研究区黄土高填方边坡进行原位渗流实验和裂缝存在条件下暂态非饱和渗流以及饱和黄土力学特性进行分析的基础上,对降雨诱发黄土高填方支挡边坡失稳机理研究,研究表明:（1）3d后的原位渗流中实验试坑中心的最大入渗深度为1.30m,湿润锋最大深度位于入渗最大深度以下0.20m,但降雨条件下,裂缝的存在是黄土边坡发生浅层滑动的重要因素;（2）当围压小于300kPa时,饱和土体的轴向应变增长到20%左右时,达到稳定状态,在静力驱动剪应力大于稳态抗剪强度的条件下则会使高填方坡体的局部发生流滑破坏;（3）总体来说黄土高填方支挡边坡变形破坏的形成机制为:推移式蠕滑-支挡结构失效-累进性滑移剪断-牵引式溃滑。     

地震波振幅对黄土-泥岩边坡动力响应规律的影响

研究地震作用下黄土-泥岩边坡动力响应特征,对边坡的稳定性评价和抗震设计具有重要指导意义。基于边坡的离心机振动台试验和数值模拟分析,研究地震波振幅对边坡地震动响应的影响规律,结果表明：由坡体深部至浅表层,黄土-泥岩边坡的水平向和垂向加速度放大效应呈非线性增加,且水平向大于垂直向,在坡体顶部到达最大,表现为趋表效应和高程效应;在边坡内部岩性接触部位,黄土层内动力响应较大,泥岩中动力响应较小,表现为岩性效应;随着输入地震波振幅的增加,坡体动力响应表现为先增大后减小的趋势,当输入振幅达0.3g时,坡体动力响应最大。黄土-泥岩边坡的变形破坏过程为：随输入地震波振幅增加,坡顶逐渐形成拉张裂缝,不断扩展,坡体中上部溜土,产生向临空面方向的位移,坡体中部发生鼓胀隆起,局部坡体振动松散,岩土体滑落至坡脚堆积。     

降雨冲刷对黄土公路边坡植物防护影响的试验研究

通过对裸露黄土公路边坡、厚层基材植草公路边坡、三维网植草公路边坡以及平台植树公路边坡的现场降雨冲刷试验,阐述了不同防护型式的公路黄土边坡在降雨条件下的坡面径流、含泥量以及坡面冲刷情况,得出了降雨对边坡坡面的侵蚀过程,首先是从雨滴直接打击土体开始,进而引起溅蚀,分散土粒,紧接着发生超渗径流造成坡面冲刷。以及对坡面破坏最大的是坡顶上方来水等重要结论。验证了坡面植物防护以及平台植树等防护方法可以有效降低降雨冲刷对坡面的侵蚀破坏,为黄土地区公路边坡植物防护的设计施工以提供了可靠的依据。     

高速公路缓倾红层软岩滑坡形成机制及防治措施研究

以缓倾红层软岩地区某新建高速公路路堑开挖滑坡为例,通过对该滑坡形成过程、致灾因素及变形机制进行分析,结果表明:前缘开挖临空条件、大气降雨是滑坡产生的主要因素,高边坡开挖形成临空面,降雨使岩体处于饱水状态,在裂缝扩张力及静水压力作用下,形成垂直裂隙并向岩体深部发展,剪断岩层局部层面结构面,最后贯通形成滑面滑动致灾。滑坡前缘反压堆载、后缘裂缝遮盖防雨,坡面截排水、位移监控等应急措施止滑效果较好,推荐采用支挡工程+清方方案处治滑坡。建议缓倾红层软岩边坡加固设计贯彻分级支挡思路,以提高边坡稳定性及施工安全性。     

下伏软弱层黄土边坡变形机制分析及治理对策研究

本文研究了陕北某电厂夹断层破碎带上覆黄土的泥岩、砂岩互层反倾边坡的变形机制,并研究治理对策及其治理效果。通过边坡工程地质条件及变形破坏特征分析,建立FLAC3D地质模型,采用数值模拟方法研究了边坡变形破坏机制,在此基础上提出削方减载、锚筋桩、锚杆及坡面防护的综合治理措施。研究结果表明,边坡的变形受开挖坡形的影响,坡体浅表层特别是断层带及坡顶黄土部位出现大范围拉应力集中,断层带出现向坡外的挤出变形,带动上部黄土的牵引式变形,引起沿黄土和基岩基覆界面的剪切变形,在黄土中出现大量拉裂缝,在一定条件下潜在滑移面逐渐贯通,坡体将产生整体失稳。边坡的治理应通过削方减载改善坡体应力环境,并重点控制断层带及黄土与基岩基覆界面的变形,数值模拟结果表明,治理后边坡稳定性较好,满足设计要求。     

MEMS传感器在锚杆加固边坡监测中的应用研究

滑坡破坏各种建筑工程,严重影响了人民生产生活以及国民经济的发展。锚杆作为边坡治理的主要手段之一,其施工质量与锚固效果难以直接监测。随着微机电系统(MEMS)技术的兴起与不断发展,MEMS传感器具有体积小、造价低和精度高等优点,使其从常规监测手段中脱颖而出,为地质工程监测提供了新的可能。通过设计模型试验,基于MEMS传感器探讨锚杆对边坡的加固作用。试验采用天然河砂,通过撒砂法堆坡,边坡坡角为45°,分有锚杆加固和无锚杆加固2组。以降雨触发滑坡,将MEMS传感器布设在边坡内部,实现对边坡内部各点的加速度、角度和角速度的实时连续监测。研究表明:当未加固边坡蠕滑开始时,边坡内部和坡脚处的加速度与角度发生渐变,边坡后缘与表面处的加速度和角度变化不明显,表明边坡蠕滑主要发生在边坡内部与坡脚处;滑坡发生时,边坡内部与坡脚处的加速度和角度率先发生突变,边坡后缘与表面的参数随后发生突变,表明砂土坡破坏的瞬间,其内部与坡脚处先发生滑动,边坡后缘与坡面随后滑动,为典型的牵引式滑坡。采用锚杆加固后,边坡只发生蠕滑,边坡内部、坡脚处与坡面的加速度和角度有明显渐变,边坡后缘的各指标几乎无变化,表明降雨条件下,加固后的边坡发生整体蠕滑,边坡坡角降低,不发生破坏。MEMS传感器能够实现低成本、高精度的连续实时监测边坡蠕滑的渐变规律,捕捉到滑坡发生时运动的明显突变,对研究边坡的滑动机制及滑坡预警有一定的应用价值,在地质工程监测领域具有广阔的应用前景。