灌溉引起地下水位上升对斜坡稳定性的影响——以甘肃黑方台为例

灌溉诱发黄土滑坡是黄土高原地区一种常见的地质灾害,其实质是地下水位上升,引起黄土基质吸力下降,强度降低,最终导致黄土斜坡失稳的过程。以甘肃黑方台典型黄土斜坡为例,在非饱和土特性试验基础上,通过饱和-非饱和渗流分析,研究了地下水位上升引起的黄土斜坡内部渗流场的变化特征,探讨了地下水位变化对斜坡稳定性的影响。结果表明:地下水位上升,对斜坡内部孔压分布影响较大;地下水位上升,导致饱和区域增大,非饱和区基质吸力降低;斜坡内部基质吸力的降低与地下水位呈线性关系。以渗流分析为基础,对典型斜坡进行了极限平衡分析,结果表明,地下水位上升与稳定性系数下降基本上呈线性关系,在距离坡顶100 m位置的黄土层中地下水位约21 m时,边坡出现失稳。     

地下水位上升对黄土斜坡稳定性的影响研究

黄土滑坡灾害发育机理的研究对于区域内防灾减灾具有重要的理论和现实意义。本文以泾阳庙店西村为例,在非饱和土特性试验基础上,建立典型斜坡的饱和—非饱和渗流模型,模拟了灌溉诱发地下水位上升对于斜坡渗流场的影响。计算结果显示,地下水位上升将引起斜坡内部孔隙水压力分布显著变化。综合边坡稳定性计算结果,边坡稳定性随着地下水位的上升逐渐减小,在地下水位上升至30 m时边坡处于极限平衡状态。     

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。     

对水致黄土斜坡破坏模式及稳定性分析原则的思考

水对斜坡作用包括地表水流动作用和地表水入渗作用,地表水流动作用,如水库、河流的岸坡破坏,由水动力侵蚀所引起。目前黄土中地表水入渗影响下的斜坡稳定性分析存在一些概念含糊的问题,如忽略了入渗过程的应力路径,只考虑其破坏时的应力状态,这会导致对其破机理和稳定性计算参数取值的误判,文章只针对该类问题进行辨析讨论。黄土中地表水的入渗一般有降雨和灌溉两种,伴随降雨入渗多引起斜坡浅层破坏;灌溉导致地下水位上升则引起深层滑移。地表水入渗对斜坡总应力改变不大,水致斜坡破坏主要是孔隙水压力上升,土体有效应力降低所致。非饱和黄土中的初始孔隙水压力为负值,降雨入渗后的浅层黄土仍处于非饱和状态,孔压最大升到0;灌溉会引起地下水位抬升,潜水位下为正的孔隙水压力。明确了孔压变化过程,就可以用有效强度评价边坡稳定性。同时,目前一些观点认为关于流动性黄土滑坡是静态引起,这颠倒了因果关系,是滑移引起了液化,而不是液化导致的滑移。     

引水灌区黄土地质灾害成因机制与防控技术 ——以黄河三峡库区甘肃黑方台移民灌区为例

黄土是具有水敏性的特殊类土,遇水后性质发生明显变化,甚至引发地质灾害.甘肃黑方台地区由于引水灌溉引发的滑坡和黄土湿陷等灾害十分严重,也很典型,已成为地质灾害研究和工程实践的热点地区之一.针对引水灌区黄土地质灾害成因机制研究与防控技术中存在的问题,以黑方台地区为例,从灌溉水入渗引起的地下水动力场与黄土工程地质性质响应及其诱发的黄土滑坡和黄土湿陷灾害等方面开展了国际合作研究.研究表明,40余年引水灌溉导致台塬中心部位地下水位上升了20m,升幅为0.476m/a,导致滑坡灾害频发,平均每年发生3～4次,引起黄土湿陷总量达5.9m,非饱和黄土和湿陷系数小于0.015的黄土所引起的湿陷量达到2.16m,对黄土湿陷性研究提出新的挑战.灌区地质灾害风险防控的关键是改变灌溉模式,减少地下水补给,实施排水工程,有效地降低斜坡地带的地下水位.     

台塬塬顶裂缝对黄土斜坡水文响应的影响

针对黑方台黄土滑坡,从现场灌溉试验监测数据和数值模拟分析着手,研究灌溉过程中台塬斜坡的水文响应以及对黄土斜坡稳定性的影响。结果表明：短期的灌溉并不能对地下水位形成有效的补给,但是却容易引起斜坡浅部范围内体积含水量增加,从而使得抗剪强度降低,最终在台缘顶部发生滑塌,台塬顶部裂缝的存在会使得浅部体积含水量增加速度加快,加速土体弱化,更易发生台塬顶部的滑塌;从长期灌溉模拟来看,裂缝的存在会加速地下水位的上升。从数据上论证了黄土斜坡受裂缝的影响特性,为研究黄土滑坡与地表水入渗的关系提供数据参考。此外,数值模拟与监测数据有很好的对应关系,用其模拟灌溉引起的斜坡水文响应是可行的。     

黄土裂隙的漫灌效应对斜坡稳定性的影响分析

以甘肃省黑方台地区滑坡为研究对象,在非饱和土特性试验基础上,根据地下水位的监测资料建立典型斜坡饱和-非饱和渗流模型,模拟斜坡灌溉作用后裂隙对斜坡渗流场的影响,研究斜坡裂隙效应对斜坡稳定性的影响。结果表明:灌溉水迅速沿裂隙下渗,形成渗流优势通道;裂隙附近土体的孔隙水压力迅速升高,导致其局部形成饱和区域;随着裂隙数量的增加,饱和区域明显增大,且裂隙的位置越靠近台塬边缘,对斜坡边缘的孔隙水压力及基质吸力影响越显著。综合斜坡稳定性分析结果可知:裂隙发育位置越靠近台塬边缘,斜坡稳定性越差;而裂隙数量的增加对于斜坡的稳定性影响更大,且裂隙对于斜坡稳定性的影响是一个短时间过程。夯填裂缝是控制滑坡发生的有效途径。     

四川宁南水塘村滑坡形成机理

四川宁南县水塘村在同一黄土斜坡上发生过三次滑坡,最近一次滑坡发生在雨季持续降雨后,包括新的流滑和老滑坡的复活滑动,并且引起了前缘滑坡堆积体的复活。本文通过现场调查,分析了滑坡的工程地质特征,通过室内饱和黄土的应力路径试验、饱和黄土与黏土的环剪试验和稳定性计算探讨了滑坡形成机理。结果表明,灌溉与强降雨是滑坡发生的主要诱发因素;发生于黄土层内的流滑型新滑坡是由于灌溉和强降雨入渗导致弱透水黏土层上部地下水位上升、饱和黄土层孔隙水压力增大发生的静态液化;对于滑动型老滑坡复活,稳定性计算结果表明强降雨在滑体中的入渗导致黏土层上部地下水上升,降低了老滑坡稳定性,致使老滑坡沿已有滑面复活。     

甘肃黑方台地区灌溉型黄土滑坡形成机理 与运动学特征 ——以焦家崖头13号滑坡为例

甘肃黑方台地区常年农业灌溉导致塬边产生大量的黄土滑坡,灌溉水长期入渗引起灌区地下水位上升,因地下水作用造成水敏性黄土遇水乃至饱水后强度劣化,进而产生斜坡失稳,因黄土滑坡剪出口高悬于上缓下陡的坡体中部,其成灾模式呈现出高位剪出后高速滑动,并产生远程运移,波及范围大,致灾后果严重。以甘肃省永靖县黑方台焦家崖头滑坡为例,在现场调查和地下水动态监测的基础上,对灌溉型黄土滑坡塑流-拉裂形成机理进行分析,并运用离散元模拟方法,对地下水位上升过程中模型底部饱水黄土软弱层的形成、演化过程和滑坡运动学特征进行模拟研究。结果表明,随地下水位的上升,模型底部软弱层范围不断增大;孔隙水压力主要作用于滑坡底部软弱层饱水黄土;地下水位高程上升至标高1682m时,滑坡产生整体破坏。     

甘肃黑方台地区灌溉型黄土滑坡形成机理与运动学特征——以焦家崖头13号滑坡为例

甘肃黑方台地区常年农业灌溉导致塬边产生大量的黄土滑坡,灌溉水长期入渗引起灌区地下水位上升,园地下水作用造成水敏性黄土遇水乃至饱水后强度劣化．进而产生斜坡失稳,因黄土滑坡剪出口高悬于上缓下陡的坡体中部,其成灾模式呈现出高位剪出后高速滑动．并产生远程运移,波及范围大,致灾后果严重。以甘肃省永靖县黑方台焦家崖头滑坡为例,在现场调查和地下水动态监测的基础上,对灌溉型黄土滑坡塑流-拉裂形成机理进行分析,并运用离散元模拟方法,对地下水位上升过程中模型底部饱水黄土软弱层的形成、演化过程和滑坡运动学特征进行模拟研究。结果表明,随地下水位的上升,模型底部软弱层范围不断增大：孔隙水压力主要作用于滑坡底部软弱层饱水黄土：地下水位高程上升至标高1682m时,滑坡产生整体破坏。     

诱发滑坡的地下水流系统响应历史与趋势——以甘肃黑方台灌区为例

灌溉的地下水系统响应是黑方台地区灌溉诱发地质灾害研究的基础.黑方台台塬自上而下由黄土、砂砾石和基岩3个含水岩组构成.以对斜坡稳定性影响最大的黄土含水系统为研究对象,分析了灌溉前后水均衡变化,采用数值模拟的方法恢复了引水灌溉引起的地下水流系统演化过程,对不同灌溉量下地下水流系统发展趋势进行了预测.结果表明,黑方台地区长期大量引水灌溉打破了地下水均衡,改变了地下水系统的天然状态,使地下水的分布及其水流系统发生了很大变化,中心部位地下水位44年间上升了至少20m,减少灌溉量至350× 104m3/a地下水位将呈下降趋势.研究成果可为黑方台滑坡地质灾害综合治理提供科学依据.     

新疆伊犁加朗普特黄土滑坡泥石流降雨诱发机理

新疆伊犁谷地黄土广泛分布,黄土滑坡灾害严重,其数量占新疆全区滑坡的80%,其中大型黄土滑坡-泥石流灾害链造成的损失尤为显著。与我国西部典型黄土斜坡相比,伊犁谷地黄土斜坡具有坡体结构复杂和降雨非饱和渗流失稳的特征,黄土滑坡降雨诱发机制复杂。以新源县则克台加朗普特大型滑坡泥石流灾害为例,在建立黄土滑坡坡体结构模型的基础上,基于非饱和渗流理论,计算分析坡体非饱和渗流场变化,研究降雨诱发黄土坡体结构渗流破坏过程与机制,采用渗流-稳定性耦合计算方法,分析非饱和渗透诱发坡体结构失稳过程,揭示新疆伊犁谷地大型黄土滑坡降雨非饱和渗流失稳机理。     

兰州市非饱和黄土水土关系与力学性质变化规律

灌溉和降雨是兰州南北两山绿化区黄土斜坡失稳的最主要诱发因素。灌溉或降雨作用下,黄土斜坡失稳的本质是水与非饱和黄土相互作用后黄土力学性质改变的结果。因此,研究非饱和黄土中水土关系及力学性质变化规律,不仅为定量评价选取参数提供依据,而且是深入分析黄土斜坡变形破坏机理的基础。本次研究在现场调查基础上,以在城关区青白石、桃树坪、九州3处黄土斜坡上采集的132组原状黄土,以及在皋兰山Ⅲ-2滑坡上采集的16组滑体和滑带扰动样的室内试验结果为基础,分析非饱和黄土水土相互作用规律及水土关系特征。试验结果显示抗剪强度及其参数变化随含水率（饱和度）不断变化是水土作用的直接结果,降雨或灌溉或其他地表水体入渗后黄土含水量（饱和度）变化是导致黄土抗剪强度变化的最主要因素。     

陕西泾阳东风高速远程黄土滑坡运动过程的模拟

陕西泾阳南塬的东风滑坡是一个典型的高速远程黄土滑坡,由于斜坡顶部的黄土台塬长期灌溉所诱发。通过野外调查,采取滑坡后缘斜坡的黄土试样,对斜坡中部的Q2黄土做天然含水率的固结不排水剪试验,对斜坡底部地下水位面附近的Q1黄土做饱和固结不排水剪试验,结果表明非饱和的Q2黄土和饱和的Q1黄土在破坏后都具有显著的应力降,但前者是由结构强度引起,而后者则是由剪切形成的超孔隙水压力引起,由此表明该斜坡一旦破坏,就会有较高的启动速度。对滑坡坡脚以外一级阶地上的砂卵层做环剪慢剪试验,测得其有效残余摩擦角,根据滑坡各部分含水状态给定孔隙水压力参数,利用Sassa. K滑坡运动模型对该滑坡运动过程进行模拟,从模拟结果反映出滑坡运动过程中的覆盖范围和速度的变化,模拟的滑坡运动距离和覆盖范围与实测比较吻合,最高速可达到37m s-1,为高速滑坡。黄土滑坡以高的初速度下滑到坡脚下一级阶地上的饱和砂卵层上,砂卵层上液化是导致其远程运动的主要原因。     

灌溉诱发型滑坡风险控制关键技术

长期灌溉引起地下水位上升诱发滑坡发生是灌溉诱发型滑坡的基本特征,有效控制地下水位是灌溉诱发型滑坡风险管理的根本措施.通过灌溉量控制、竖向混合孔疏排水、水平疏排水3种排水措施,可以实现灌溉诱发型滑坡的风险控制.采用数值模拟的手段,计算了不同灌溉量下地下水动力场及其对应的台塬斜坡稳定性,模拟了不同布井方式下的竖向混合井疏排地下水的效果,结果表明,灌溉量控制在350×10 4m3/a以下可实现滑坡风险控制,竖向混合排水井间距为40m时可提高单体斜坡的稳定性.统筹考虑各种因素,提出了以控制灌溉量为主,辅以竖向混合孔排水和水平排水的黑方台灌区滑坡的风险控制措施.     

考虑非饱和渗流作用下三峡库岸滑坡稳定性研究

水库水位的涨落对库岸滑坡稳定性有着显著影响。三峡水库水位涨落引起滑坡体内地下水位的变化,是非饱和到饱和过程。本文就非饱和渗流理论,在库水位涨落过程中,模拟了三峡库区马家沟滑坡暂态渗流场的变化,分析了库水位变动时孔隙水压力的变化。结合有限元强度折减法,将得到的暂态孔隙水压力以荷载方式叠加到有限元中,对该滑坡稳定性进行评价,并探讨了在一个水文周期内水位涨落时滑坡稳定性的变化。结果表明:不论库水位上升或下降,滑坡体的稳定性都显示先减小后增大的趋势。最后对马家沟滑坡提出了在库水位常规下降速度下抗滑桩与地表排水相结合的治理设计方案。     

甘肃永靖黑方台地区黄土滑坡土的力学性质

与地下水位以下的饱和黄土力学性质相比,包气带黄土力学性质具有不同的表征参数和测试方法,其对黄土斜坡渗流场和稳定性的影响不容忽视.以甘肃黑方台地区黄土为例,分别采用张力计和轴平移技术量测了黄土的部分区段土-水特征曲线,依据Gardner、Van Genuchten和Fredlund and Xing 3种经验公式对轴平移测试数据进行拟合,获取了完整的土-水特征曲线.基于GDS多功能三轴仪,通过控制基质吸力的三轴剪切试验,获取了考虑基质吸力的黄土强度参数.结果显示:张力计和轴平移技术量测的部分区段土-水特征曲线具有相近的曲线形态,但张力计曲线位于轴平移技术曲线的上方;当基质吸力由100kPa减小至20kPa时,黄土内摩擦角减小约1°,粘聚力下降近22kPa;拟合所得的黑方台地区黄土的基质吸力摩擦角为15.6°.试验为进行黑方台黄土斜坡的非饱和渗流和稳定性分析提供了参数.     

甘肃永靖黑方台地区灌溉诱发作用与黄土滑坡响应

黑方台地区自灌溉以来,诱发了大量的滑坡,但缺乏系统地对研究区的滑坡历史分析研究 在黑方台滑坡历史分析的基础上,研究灌溉引起的地下水位上升过程与滑坡的历史关系,对比分析不同时期的地下水位对滑坡稳定性、滑坡体积及后壁垮塌速度的影响.历史数据分析表明,灌溉引起的水位上升与滑坡发生的频率、体积存在明显的相关性,选取的典型滑坡稳定性计算结果显示滑坡具有多期逐级后退式特征,随着灌溉时间的增长,滑坡体积逐渐减小,但发生频率逐渐增大,基于DEM数据计算的滑坡变形也验证了计算结果.研究成果基本反演了灌溉引起的黄土滑坡历史过程,对黑方台滑坡的综合治理提供了数据支撑.     

地下水渗流场对库区滑坡稳定性影响的数值模拟——以白马库区羊角滩滑坡为例

针对库水位变化条件下滑坡的稳定性定量评价复杂问题,考虑降雨和库水位变化对地下水渗流场变化规律的影响机制,采用饱和-非饱和渗流的基本理论,运用渗流模拟有限元法,对重庆市武隆区羊角滩滑坡在6种不同工况下的库区滑坡的稳定性开展了模拟研究。结果表明: ①降雨工况下,降雨对地下水渗流场都有影响,滑坡中部位置受地下水位影响最大,前后部影响小,降雨条件下,滑坡稳定性随着降雨历时的增加而变小,到达一定阶段后,滑坡已经滑动,滑坡稳定性系数不再变化; ②库水位工况下,主要影响滑坡前缘,地下水位是随库水位变化而迅速变化的,随着库水位的上涨,滑坡稳定性系数呈现先减小后增大的趋势; ③地下水位的骤升对浮托作用影响有限,对压坡作用影响较大,同时降低了渗流力的影响,对滑坡稳定起到了积极作用,地下水位的骤降增大了渗流力,减弱了前缘库水位的压坡作用,滑坡失稳的可能性最大。可为库区该类滑坡的稳定性现状及发展趋势预判提供科学依据。     

非饱和地震滑坡堆积体降雨破坏水-力耦合行为的试验研究

降雨滑坡的水-力耦合过程和机理研究是开展准确预测预报的基础和前提。本研究选取典型滑坡模型,采用足尺人工降雨模型试验模拟了典型砾石土滑坡堆积体破坏过程,并采用Brooks-Corey(BC)和van Genuchten(VG)模型分别建立了降雨入渗吸湿过程的土-水特征曲线,再通过一维非饱和无限边坡稳定性分析模型对滑坡开展应力状态和稳定性分析。研究揭示了斜坡破坏过程是优先流和基质流的双渗流场共同作用的结果,而VG模型适用于吸湿条件下宽级配砾石土优先流的土-水特征曲线的重构;稳定性计算和试验过程的对比分析表明试验中斜坡的变形破坏过程中观测到的含水量、基质吸力和地表倾斜角度的变化过程与计算的吸力应力、稳定系数的演进过程有显著的对应关系。通过试验还揭示了非饱和滑坡堆积体渗流潜蚀现象,定量分析了细颗粒迁移程度。本研究基于物理模型试验,揭示了降雨激发条件下滑坡堆积体形成优先流作用的土-水特征曲线和变形破坏的水力耦合过程,可为地震滑坡堆积体非饱和失稳的预测预警提供参考和基础。