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。     

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。     

降雨入渗对残积土填坡渗流变形数值模拟分析

许多研究已经证实了降雨引起的渗流能降低填土稳定性,特别是对于非饱和残积填土。降雨能使残积填土内形成渗流潜蚀破坏,并使地下水位和孔隙水压力发生变化,导致抗剪强度下降形成潜在破坏面,最终发生破坏。利用有限元数值分析,研究等降雨强度与降雨持续时间对于福建地区残积填土的影响,发现降雨强度变大或持续时间延长都能使残积填土内的地下水位上升,局部区域孔隙水压力增大,渗流速率也发生变化,从而影响残积填土的稳定性。另外,证实了存在降雨临界持续时间,一旦降雨持续时间超过了临界持续时间,地下水位线高度随降雨持续时间变长而降低,安全系数就转而变大。     

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。     

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。     

深圳某填土滑坡破坏机理研究

2002年9月18日13:40,在连降暴雨的影响下,深圳一填土边坡发生滑坡,约2.5×104m3的松散填土体在水平地面高速滑动了140m,造成5人死亡3、1人受伤。文章首先介绍了滑坡区的地质环境特点及滑坡特征;为了揭示该滑坡的发生机理,开展了松散击实填土的等压固结不排水剪(ICU)及常剪应力排水剪(CS)试验。ICU试验结果表明,土体具有明显的应变软化特性并伴随孔隙水压力的上升;CS试验结果表明,土体在低围压条件下破坏具有突然性,破坏过程中孔隙水压力急剧上升,表明土体出现突然性结构丧失。ICU及CS试验均表明松散填土具有静态液化特性。从现场孔隙比与稳态线(SSL)的关系来看,原位填土的状态参数位于稳态线上方,因此该填土边坡是由于地下水位上升造成土体出现静态液化、液化土体形成流滑所致。无限斜坡稳定分析表明造成该填土边坡破坏需要有较高的地下水位。     

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。     

降雨入渗引起非饱和土边坡破坏的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元分析

为了全面地了解降雨入渗引起的边坡失稳破坏机制,基于有限元-有限差分理论(FE-FD scheme)的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元数值分析方法被提出。程序中采用了Zhang等~([1])提出的以Bishop有效应力和饱和度作为状态变量的非饱和土弹塑性本构模型,从而可以连续地描述在降雨入渗时土体由非饱和状态转化为饱和状态过程中力学特性的变化。同时用Green-Naghdi客观应力速率张量来考虑边坡失稳过程中的大变形问题。程序不仅可以模拟由于降雨入渗引起的水分迁移、孔隙水/气压力变化的过程,而且可以很好地反映出由于降雨入渗所引起的边坡变形、塑性剪切带形成等力学行为。选取室内边坡模型试验为研究对象,用所提出的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元程序来进行数值模拟,并与试验结果对比,验证了所提出的有限元数值方法的有用性。     

降雨诱发浅表层黄土滑坡机理实验研究

黄土较松散,内部大孔隙和垂直节理发育,因其特殊的结构为雨水的快速入渗提供了通道。降雨型黄土浅层滑坡已造成了大量的经济损失与人员伤亡。为了有效减轻降雨诱发黄土滑坡对社会和经济的影响,开展降雨型滑坡室内实验研究,具有重大的现实意义。本文旨在研究不同降雨形式和不同坡体结构对黄土斜坡变形破坏过程影响,设计并进行了3组室内物理模型实验,分别为持续强降雨斜坡实验、持续强降雨斜坡（带垂直节理）实验和间歇性强降雨斜坡实验,且每组斜坡内埋设体积含水率传感器、基质吸力传感器和孔隙水压力传感器3种传感器记录其内部变化。通过对每一个黄土斜坡体内传感器的读数变化及实验现象进行分析,同时对不同实验条件下实验过程及结果进行对比,进而得出降雨条件下浅表层黄土滑坡的变形破坏规律,总结出该类滑坡的破坏模式及其诱发机理。实验前期,随着体积含水率不断增大,基质吸力逐渐减小至基本稳定,土体强度随之减小,实验后期上部土体饱和,斜坡产生的变形和土体排水不畅产生了超孔隙水压力,有效应力随之减小,土体强度减小至最小,导致滑坡产生。同时,坡体结构对斜坡稳定性的影响大于降雨形式的影响。     

膨胀土边坡非饱和渗流及渐进性破坏耦合分析

膨胀土边坡受降雨影响产生膨胀变形,是典型的非饱和土多场耦合问题。为探究降雨入渗对其渐进性破坏的失稳过程,基于饱和-非饱和渗流理论、膨胀土弹塑性本构关系和应变软化理论,利用应变软化模型、FLAC3D二次开发平台和内置FISH语言,提出了一种综合考虑非饱和渗流、膨胀变形和应变软化的多场耦合数值分析法。结合工程实例,通过该方法探讨了降雨入渗条件下膨胀土边坡非饱和渗流、位移响应及渐进性破坏的变化规律。结果表明:膨胀变形和应变软化受控于非饱和渗流的时空分布,对边坡位移响应过程影响显著,也易导致饱和-非饱和分界带形成剪应力集中区。膨胀土边坡渐进性破坏由局部破坏转变为整体性失稳,其塑性破坏区首先随悬挂型暂态饱和区的变化向坡内扩展,雨后逐渐形成第二条由坡脚向坡顶扩展的滑动带,呈现出多重滑动性和后退牵引式的破坏特征。     

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。     

Experimental studies of groundwater pipe flow network characteristics in gravelly soil slopes

Piping flow networks have often been identified in hydrogeological field studies of gravelly soil slopes in the southern part of China. The present experimental studies have shown that under long-term groundwater seepage, piping flow networks gradually develop in the slope. Factors affecting the development of flow pipe seepage network included the grain size distribution, the degree of soil compaction, and soil depth. Piping seepage networks favorably form if the content of the gravel was high, the soil cohesion was low, the degree of the soil compaction was low, or the soil depth was shallow. Due to the enhanced permeability associated with the presence of flow pipe seepage network in gravelly soil slopes, groundwater can be effectively drained away. This can beneficially prevent the rise of groundwater level in the slope during raining seasons, hence reducing pore water pressure along the potential failure surface and increasing slope stability. Once the flow pipe seepage network was disturbed or damaged, the water level in the upper portion of the slope experienced a great rise, hence reducing the slope stability. Therefore, slope toe excavation and excessive loading at the slope crest should be avoided for slopes with well-developed flow pipe seepage network in order to preserve it.     

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。     

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。     

Numerical model of antecedent rainfall effect on slope stability at a hillslope of weathered granitic soil formation

Modeling rainwater infiltration in slopes is vital to the analysis of slope failure induced by heavy rainfall. Although the significance of rainwater infiltration in causing landslides is widely recognized, there have been different conclusions as to the relative roles of antecedent rainfall to slope failure. In this study, a numerical model was developed to estimate the effect of antecedent rainfall on an unsaturated slope, the formation of a saturated zone, and the change in slope stability under weak rainfall and rainstorm event. Results showed that under a rainstorm event, slope failure occurred at comparably similar time although the antecedent rainfall drainage periods prior to the major rainfall were different (i.e., 24-h, 48-h and 96-h). However, under weak rainfall condition, differences of the antecedent rainfall drainage periods have significant effect on development of pore-water pressure. A higher initial soil moisture conditions caused faster increase in pore water pressure and thus decreasing the safety factor of the slope eventually increasing likelihood of slope failure.     

预加固高填方边坡滑动破坏的离心模型试验研究

2009年10月3日,攀枝花机场260×104 m3万方的高填方预加固边坡整体失稳,沿基覆界面下滑,并超覆于其下方的易家坪老滑坡之上,使易家坪老滑坡再次复活。这一填方边坡失稳事件最终导致机场停航两年。通过大型离心模型试验,再现了攀枝花机场预加固高填方边坡的滑动失稳过程,获得了边坡变形破裂的特征参量,阐明了边坡的滑动失稳机制。研究表明：天然工况下,边坡变形以坡顶沉降和沿基覆界面软弱层的蠕滑为主,坡体总体处于蠕滑变形状态;降雨和地下水工况下,坡体中后部拉张破裂和中前部挤压变形显著,具有塑性流动及推移式破坏特征,并最终产生溃滑失稳;预加固抗滑桩承受较大的边坡变形推力,且越靠近坡体后部的桩推力越大,最终从后向前逐排产生累进性剪断破坏,说明该填方边坡多排抗滑桩的平面布置和受力确定欠合理;降雨和地下水工况下,坡体的最大孔隙水压力是天然工况下的3.7倍,孔隙水压力对坡体失稳有重要作用;通过模型和原型的综合对比分析,该边坡的滑动失稳机制为推移式蠕滑-累进性折断-溃滑与超覆。     

含碎块石土质边坡的稳定性问题

含碎块石土质边坡中常发育有地下水排泄管道，他们控制地下水水位上升，对保持边坡稳定十分重要。当坡脚开挖或坡体堆载时，会破坏管道状地下水排泄系统，从而导致地下水水位升高，使潜在滑面上的孔隙水压升高，最终导致滑坡的发生。以小旦滑坡为例探讨这类边坡的变形破坏机制。     

三峡库区巫山金鸡岭滑坡成因机制与变形特征

三峡库区新城区迁建多采用就地后靠方式,工程扰动叠加强降雨往往诱发滑坡失稳。基于重庆巫山江东小区金鸡岭滑坡,对其影响因素和成因机制进行探讨。工程扰动不仅是传统认为的后缘加载、前缘削脚作用,更重要的是坡体表层土方堆填阻断了滑坡体地表水泄流通道,使地表水向地下水转化。强降雨作用下滑坡体内地下水位明显升高,导致金鸡岭滑坡2018年8月1日前后发生较大变形。采取降水井抽排地下水等应急处置后,滑坡变形明显趋缓,可见工程扰动导致的地下水升高是该滑坡诱发的关键因素。数值模拟表明,工程扰动后稳定系数明显降低,对应堆填区渗流场变化明显,渗流加剧,孔隙水压力、水力梯度、总水头上升,结合达西定律与有效应力原理可知渗透力增加,抗剪强度削弱,诱发滑坡变形。