降雨入渗条件下非饱和膨胀土边坡原位监测

为了对降雨诱发的非饱和膨胀土边坡失稳的机理有较深入的了解,在湖北枣阳选取了一个11 m高的典型的非饱和膨胀土挖方边坡进行人工降雨模拟试验和原位综合监测。监测成果表明：降雨入渗造成2 m深度以内土层中孔隙水压力和含水量大幅度增加,致使膨胀土体的抗剪强度由于有效应力的减少及土体吸水膨胀软化而降低;同时,降雨入渗造成土体中水平应力与竖向应力比显著增加,并接近理论的极限状态应力比,以致软化的土体有可能沿着裂隙面发生局部被动破坏,此破裂面在一定条件下（如持续降雨条件下）可能会逐渐扩展,最后发展成为膨胀土中常见的渐进式滑坡。     

赣南地区人工切坡降雨致灾机制现场模型试验

赣南地区滑坡等地质灾害频发,降雨和人工切坡是该地区地质灾害的最主要诱发因素,物理模型试验尤其是现场模型试验是揭示滑坡发生机制的最有效手段。以赣南地区某风化变质岩人工切坡为研究对象,自主设计降雨模拟系统,布设有4个含水率、孔压监测孔及两处位移监测点,开展现场人工模拟降雨试验。研究边坡土体含水率、孔隙水压力以及位移与降雨过程的响应关系,探索持续强降雨作用下风化变质岩边坡的入渗规律,并揭示变质岩风化土坡的变形失稳模式。结果表明:降雨后土体含水率的变化存在滞后,雨水开始入渗后含水率持续增加,含水率增大幅度随其深度增大而减小;各测孔浅层土体孔压值降雨入渗过程响应明显,表层1 m以下土体一直处于非饱和状态;监测点位移与含水率变化速率呈明显的正相关,边坡变形主要集中于含水率变化明显的边坡一侧;边坡位移与孔压值变化响应明显,边坡内部土体发生剪胀变形现象使得孔压值降低,边坡变形速率随即减小;强降雨条件下陡峭人工切坡的变形破坏过程可归纳为3阶段:陡峭坡面分散坍滑,平台形成拉裂缝,边坡大范围垮塌。     

开挖与降雨作用下边坡失稳机理及模拟分析

边坡开挖和降雨通常是导致边坡失稳的重要原因。本文以湖南湘西山区某国道扩建开挖边坡为研究对象,基于现场边坡监测结果和数值模拟分析,研究了在边坡开挖和降雨条件下坡体变形位移的过程。结果表明:边坡的破坏是一个渐变的过程,不同的影响因素对边坡的影响不同。开挖切方是浅层坡体失稳的诱发因素,开挖切方破坏了坡体的应力平衡,使坡体的应力重新分布,并在坡体中产生浅层的滑动面。雨水的入渗是坡体深层滑动面的诱发因素,雨水沿着裂缝渗入坡体,使浅部滑动面上下土体的变形差进一步加大,进而产生浅层牵引式滑动破坏。同时雨水的入渗使碎石土和强风化页岩交界附近产生高孔隙水压力,在水-岩土共同作用逐渐形成软化的滑带土,从而形成深层滑动面。     

土坡前端推力对降雨入渗响应的试验研究

降雨入渗可引起坡体前端推力发生显著改变,影响土坡的稳定和安全。利用构建好的降雨模拟和监测系统,对降雨诱发非饱和残积土坡失稳过程进行全方位、多参量的实时监测,着重分析不同位置、坡度、密实度和不同降雨条件下坡体前端推力的时变规律。结果表明:边坡上部土体含水率、吸力、坡体变形和下滑推力变化幅度较大,速度较快,而下部土体变化幅度较小,速度较慢;坡体前端推力变化可分为缓慢增加、加速上升和雨后衰减3个阶段,降雨过程中陡坡和高密实度边坡反映较为强烈,下滑推力峰值大于缓坡和低密实度边坡;降雨作用下新边坡坡体应力状态变化明显,较易失稳,而老边坡则相对比较稳定;高密实度和陡坡坡体内部的高应力区域在二次或多次降雨后可完全释放,边坡具有高水平的雨后剩余下滑力和更显著的土体软化效应。研究成果对进一步揭示闽东南地区降雨入渗对非饱和土坡的影响机制及对非饱和土强度与稳定性的弱化作用具有重要的理论及实际意义。     

基于强度折减法的土石混合体边坡长期稳定性研究

土石混合体边坡是自然界中常见的一种边坡类型,具有明显的不均匀性和不连续性。土体的蠕变是造成土石混合体边坡变形及失稳的主要原因之一,而目前关于土石混合体边坡稳定性的研究几乎均未考虑土体的蠕变性。首先运用数字图像处理技术对我国某水电站库区的一个土石混合体边坡进行建模,而后利用FLAC3D软件中的强度折减法对其进行稳定性分析,并着重研究了土体的蠕变特征及其蠕变参数对土石混合体边坡变形及稳定性的影响。计算结果表明,土体的蠕变特征会明显降低土石混合体边坡的安全系数,增大边坡变形,进而对边坡的稳定性造成不利影响;其中蠕变黏性系数对边坡的长期稳定性具有较大影响,黏性系数越大,则土石混合体边坡的安全系数越低。     

青藏高原东北部黄土地区降雨入渗对土质边坡稳定性的影响研究

降雨是诱发土质边坡失稳的主导因素之一,研究降雨入渗对土质边坡稳定性的影响有着重要意义。以青海西宁盆地黄土边坡为例,结合野外现场试验和室内直剪试验,研究了降雨入渗对坡体含水量和抗剪强度的影响,采用FLAC2D软件模拟分析了降雨前后边坡的应力、位移分布特征,并通过计算安全系数对边坡进行稳定性评价。研究结果表明,雨水入渗150 min内边坡表层土层含水量急剧增加,150 min后其变化趋势逐步变缓,较深层土层含水量随雨水入渗时间呈持续缓慢增加的趋势。对于同一层土体而言,雨水入渗深度随降雨历时的增大而增加,且表层土体中雨水入渗速度先快后慢。表层土体含水量每增加1.01%,其粘聚力减小13.53 k Pa,土体抗剪强度降低16 k Pa,说明土体抗剪强度对含水量的变化极为敏感。二维有限元模拟和分析结果表明,在自重应力作用和雨水入渗条件下,研究区坡脚处出现应力集中现象,且降雨后边坡位移量、应力集中范围及应力大小明显大于降雨前,而降雨后边坡稳定安全系数比降雨前降低了21.6%,说明降雨入渗对边坡的稳定性影响较大。     

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。     

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。     

强降雨作用下强风化泥岩降雨入渗特性试验研究

土体降雨入渗特性是实施坡面泥石流和土体滑坡发育过程研究的重要因素。研制了人工降雨土柱入渗试验装置,实施了10、20、30、40、50、60 mm/h共6种降雨强度下强风化泥岩的入渗试验,最长降雨历时105 min。试验结果表明：可将土体入渗过程可分为无压入渗、有压入渗和饱和入渗3阶段,其中土体的入渗率在无压入渗阶段和饱和入渗阶段均随降雨历时增长近似为常数,在有压入渗阶段则快速降低;通过定义降雨作用下土体入渗锋,包括初始入渗锋和终止入渗锋,分析了入渗锋所处位置随降雨强度的变化关系,初始入渗锋和终止入渗锋之间的幅值随降雨强度的增大而变宽;提出了可表征重庆地区侏罗系强风化泥岩入渗过程的土体降雨入渗公式。研究成果对于构建重庆地区降雨诱发型滑坡及坡面泥石流的预测预报模型有积极意义。     

降雨条件下酉阳大涵边坡滑动机制研究

以某厚堆积层滑坡为例,基于非饱和土力学理论,利用有限元方法,对雨水入渗条件下坡体的渗流及动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效应。结果表明：边坡堆积体结构松散,土体强度差,边坡前缘坡降大,坡脚的开挖,为滑坡形成提供了便利条件;强降雨条件下使得坡脚附近首先发生变形失稳,牵引坡体后缘产生张拉裂。雨水沿坡面入渗,在坡体内形成渗流场,弱化岩土体参数,同时坡面形成饱和径流,使滑坡体前缘产生向下的渗透力,促使前缘坡体发生滑动,进而引发分级坡体产生滑移;强降雨初始阶段,滑坡体安全系数降低较快,很容易发生滑坡。该研究揭示了降雨入渗诱发厚堆积层边坡滑动机制,并以此建议采取以截、排、堵措施对边坡进行排水,同时设置嵌岩锚索抗滑桩及进行削坡清方措施对边坡进行综合治理,通过稳定性计算,效果良好。     

东南沿海残积土地区降雨诱发型滑坡预报雨强-历时曲线的影响因素分析

东南沿海山地丘陵地区每年雨季期间有大量土质滑坡发生,如何对由降雨诱发的滑坡进行预报一直都是一个热点研究课题,雨强-历时曲线（简称I-D曲线）是目前国内外常用的降雨型滑坡预报的降雨量临界值曲线。针对东南沿海地区的浅层残积土滑坡,根据相关勘察数据及资料,概化得到了该类型边坡的地质剖面及岩土层性质,然后应用Geo-Studio软件分析了边坡初始湿润条件、土体抗剪强度、饱和渗透系数、边坡坡角、残坡积土层厚度及雨型等参数对I-D曲线的影响规律。分析结果表明：残坡积土抗剪强度参数、饱和渗透系数、边坡坡角、雨型等因素对I-D曲线的影响显著,边坡安全系数降至临界值所需降雨历时随抗剪强度参数值降低、表层残积土渗透系数增加或坡角增大而减少;当雨强较小时,初始湿润条件对I-D曲线的影响显著;当雨强大于残坡积土层饱和渗透系数时,入渗量主要由渗透系数控制,边坡安全系数降至临界值所需降雨历时不随雨强增大而变化。该研究结果为I-D曲线在东南沿海残积土地区降雨诱发滑坡预警预报中的应用奠定了基础。     

基于弹性波波速的降雨型滑坡预警系统

降雨是诱发滑坡最主要的因素。为减少滑坡灾害造成的人员伤亡和经济损失,滑坡早期预警系统成为了最佳选择之一。根据弹性波传播的基本原理和基于降雨型滑坡变形破坏的特点,提出利用弹性波波速来反映边坡表面土体含水率和位移的变化。开发研制了一套三轴渗流-弹性波测试三轴仪和相关系统。该装置能让水从底部渗入土体,模拟降雨入渗土体的过程,同时能测试弹性波波速。试验过程中同步测试含水率、变形和弹性波波速的变化。还进行了降雨滑坡模型试验。利用三轴弯曲元注水试验和降雨滑坡模型试验,深入分析和研究降雨引起的土体滑坡过程与弹性波波速演化规律,揭示波速与含水率和变形的耦合关系。研究结果表明,弹性波波速随着含水率的增大而缓慢减小,随着变形的增大而急剧减小,临近失稳时,波速骤然减小。根据试验结果对含水率和变形导致弹性波波速减小可能的机制进行了解释,提出弹性波在波速骤然减小时发出滑坡预警。研究结果为滑坡防灾减灾和预测预报提供新的方法和可靠的依据。     

Water infiltration characteristics of unsaturated soil slope and its effect on suction and stability

Rainfall has been considered the cause of the majority of slope failures and landslides that happened in regions experiencing high seasonal rainfalls. The mechanism of the failures was mainly due to the lost of matric suction of soils by rainwater. This paper presents the results of a laboratory model study on the effect of slope angle and surface cover on water infiltration into soil and soil matric suction. A field infiltration test is carried out for comparison. A parametric study is also done to examine the effect of permeability ratio, development of perched water table and rainfall intensity on the factor of safety against instability of a soil slope. Results of the model study show that different surface covers on slopes have an effect on the water infiltration. Generally the covered surface (grass or geosynthetic net) has a lower infiltration rate compared with the bare (no cover) surface. On the effect of slope angle, it was observed that water infiltration decrease with increase in the slope steepness. With regards to the movement of the wetting front, it appears that water infiltration is more at the toe compared with the top of the model slope. Based on the parametric study, it is found factor of safety of the slope against instability drops for slope with higher ratio of permeability for the permeable and impermeable stratum. As the perched water table is formed, the factor of safety decreased. The rainfall intensity also has a marked effect on the slope factor of safety. The higher the intensity of the rainfall, the higher is the infiltration rate into the soil, hence the lower is the factor of safety against slope instability.     

位移-应力协同分析在新近纪软岩质滑坡监测中的应用——以陕西宝鸡市北坡滑坡为例

强降雨可诱发新近纪软岩质滑坡滑移变形。1955年至今,降雨在陕西宝鸡诱发超过十起大型滑坡灾害。2011年9月19日,宝鸡市区72 h内的降雨量达到332 mm,北坡金鼎寺、簸箕山与高家崖滑坡出现裂缝,威胁市区居民安全。为分析滑坡的变形机制与降雨触发的滑体内地下水位的波动关系,2012—2015年,开展了降雨量、地下水位、孔隙水压力、滑坡应力与位移等物理量的实时监测,统计分析了它们的频率、活动强度及累积变化规律,提出了滑坡的位移扩展模型。研究显示:(1)地下水的活动会影响新近纪软岩质滑坡的变形,但降雨量、地下水位、孔隙水压力、滑坡体应力与位移等物理量变化机制有差异,地下水位、孔隙水压力呈周期性变化,滑坡体的应力、位移的变化具有累积效应;(2)宝鸡市北坡滑坡运动变形具有蠕变、快速滑移两个阶段。降雨会触发的滑坡体各物理量出现加速变化,地下水位波动幅度为0.27~1m,孔隙水压力的变化幅度为10kPa,滑体浅层的水平应力变化幅度为5.6kPa;(3)在判断降雨能否诱发滑坡快速滑移过程中,既需分析滑体应力、位移变化的累积效应,又需分析新近纪软岩质滑带的摩擦破坏机制。     

低山丘陵区典型滑坡-泥石流链生灾害特征与成灾机理

2019年6月10—13日,龙川县发生持续强降雨,导致全县境内发生大量滑坡、泥石流灾害,贝岭镇米贝村是三个重灾区之一。本文以贝岭镇米贝村6号沟发生的滑坡-泥石流链生灾害为研究对象,在野外精细化调查测量基础上,结合数值模拟分析与计算,对链生灾害特征与成灾机理展开研究。研究发现:①6号沟内共发育7处浅层土质小型滑坡,仅3号滑坡体与部分6号滑坡体转化为泥石流,构成泥石流主要物源,其余滑坡未构成持续性影响;②持续降雨下渗,坡体由非饱和向饱和状态转变,坡表形成连续饱和区,孔隙水压力的增加与孔隙水的软化促使土体强度降低,加之坡体饱和自重的增大,斜坡发生浅表层失稳破坏;③降雨的持续下渗与支沟沟源“漏斗状”地形下的地表汇水快速增大滑坡松散堆积体内的含水率,促使其物理性质发生变化,在重力势能下呈流态状启动、运动转化为泥石流。降雨结构影响滑坡-泥石流链生过程,前期降雨引发滑坡、后期降雨启动形成泥石流,滑坡与泥石流的发生表现出阶段性特征。研究成果有助于指导当地政府进一步开展滑坡-泥石流链生灾害的防灾减灾工作,也为该地区未来区域预警研究工作提供理论支撑。     

Rainfall thresholds for landslide early warning system in Nakhon Si Thammarat

Transient seepage in unsaturated soil slope is one of the significant triggering factors in rainfall-induced landslides. Rainfall infiltration leads to the decrease in stabilizing effect because of increased positive pore-water pressures. SEEP/W and SLOPE/W used in this study have been widely employed to describe frameworks for understanding transient seepage in soil slope, and to perform slope stability analyses, respectively. The study area is in Sichon District in Nakhon Si Thammarat Province, southern Thailand. A landslide there was investigated by modeling the process of rainfall infiltration under positive and negative pore-water pressures and their effects on slope stability. GIS (Geographic Information System) and geotechnical laboratory results were used as input parameters. The van Genuchten’s soil water characteristic curve and unsaturated permeability function were used to estimate surface infiltration rates. An average rainfall was derived from 30-year monthly rainfall data between 1981 and 2011 in this area reported by the Thailand Royal Irrigation Department. For transient condition, finite element analysis in SEEP/W was employed to model fluctuations in pore-water pressure during a rainfall, using the computed water infiltration rates as surface boundary conditions. SLOPE/W employing Bishop simplified method was then carried out to compute their factors of safety, and antecedent precipitation indices (API) calculated. Heterogeneous slope at the site became unstable at an average critical API (API_cr) of 380 mm, agreeing well with the actual value of 388 mm.     

降雨条件下滑坡排水沟排水数值模拟

地表排水沟是滑坡治理常见措施之一。在降雨入渗与坡面径流有限元耦合模型中,通过调整径流方程中的坡度参数,实现地表排水沟排水模型。模型具有易于理解、实现简单的优点。以地表排水模型为基础,对5种典型滑坡在设与不设排水沟情况下坡体渗流场、坡面径流场、坡体入渗量和入渗过程进行了数值模拟。结果表明,当降雨强度相对土体渗透性较小时,排水沟设置在坡体渗透性由小变大的位置,才能有效地截断上游径流,减小入渗量;而当降雨强度相对土体渗透性较大时,排水沟排水效果并不明显。     

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。     

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。     

Modeling landslide recurrence in Seattle, Washington, USA

To manage the hazard associated with shallow landslides, decision makers need an understanding of where and when landslides may occur. A variety of approaches have been used to estimate the hazard from shallow, rainfall-triggered landslides, such as empirical rainfall threshold methods or probabilistic methods based on historical records. The wide availability of Geographic Information Systems (GIS) and digital topographic data has led to the development of analytic methods for landslide hazard estimation that couple steady-state hydrological models with slope stability calculations. Because these methods typically neglect the transient effects of infiltration on slope stability, results cannot be linked with historical or forecasted rainfall sequences. Estimates of the frequency of conditions likely to cause landslides are critical for quantitative risk and hazard assessments. We present results to demonstrate how a transient infiltration model coupled with an infinite slope stability calculation may be used to assess shallow landslide frequency in the City of Seattle, Washington, USA. A module called CRF (Critical RainFall) for estimating deterministic rainfall thresholds has been integrated in the TRIGRS (Transient Rainfall Infiltration and Grid-based Slope-Stability) model that combines a transient, one-dimensional analytic solution for pore-pressure response to rainfall infiltration with an infinite slope stability calculation. Input data for the extended model include topographic slope, colluvial thickness, initial water-table depth, material properties, and rainfall durations. This approach is combined with a statistical treatment of rainfall using a GEV (General Extreme Value) probabilistic distribution to produce maps showing the shallow landslide recurrence induced, on a spatially distributed basis, as a function of rainfall duration and hillslope characteristics.