基于改进Green-Ampt模型的花岗岩残积土边坡降雨入渗规律研究

花岗岩残积土广泛分布于我国南方地区,具有许多不良物理力学性质。该类型土边坡在降雨作用下极易发生变形破坏,因此,对花岗岩残积土边坡的降雨入渗规律进行深入研究具有重要意义。在Green-Ampt模型的基础上综合考虑了坡体的初始含水率、地下水位、非饱和特性,建立了一种适用于不同降雨工况的入渗模型,并采用数值模拟及前人经典模型计算结果对该模型进行了验证。运用该模型对赣南3种典型降雨工况下的花岗岩残积土边坡进行了分析,结果表明:在距离地下水位线较远时初始含水率对湿润锋的迁移速率影响不大,但在接近地下水位线附近时湿润锋的迁移速率逐渐增大,呈现出指数形式的变化趋势;相同降雨时间内、不考虑坡面冲刷的情况下,降雨强度略大于土体饱和渗透系数的工况下湿润锋迁移深度最大、边坡稳定性系数降低最多,在实际情况中尤其需要加强防范。     

强降雨作用下堆积层滑坡稳定性分析

强降雨作用易造成堆积层滑坡发生,带来严重的生命财产损失。基于Green-Ampt（GA）模型,同时考虑湿润锋以上饱和带渗流作用,推导了一种新的滑坡降雨入渗函数,弥补了GA模型只适用于无限长坡的不足。为考虑降雨入渗对土体条块强度的影响,采用整体抗剪强度准则评价滑坡稳定性,并在受力分析时考虑了湿润锋以上饱和带渗透力作用,建立了滑坡稳定性系数表达式。研究结果表明：滑坡降雨入渗的尺寸效应非常明显,湿润锋扩展速率随着坡长的增大而增大,当滑坡无限长时新降雨入渗模型与GA模型计算结果相同,说明GA模型是新模型的一个特例。此外,降雨初期,滑坡稳定性下降较快;随着降雨的持续,稳定性下降速率逐渐放缓。与模型试验结果对比表明,提出的降雨入渗模型和评价方法计算结果与试验揭示的现象一致,证明了该方法的可靠性。     

强降雨作用下堆积碎石土渗流规律研究

强降雨致堆(残坡)积碎石土渗透特性改变是触发滑坡、泥石流等降雨诱发型灾害的关键因素。为探究降雨入渗诱发滑坡的动态机制, 通过自制一维渗透仪与二维边坡降雨入渗模型, 对水竹湾隧道旁具有级配代表性的碎石土进行强降雨入渗试验, 并通过Seep/w软件进一步分析堆积碎石土湿润锋迁移入渗规律。研究结果表明:一维入渗深度-时间曲线存在阶梯状趋势, 即湿润锋迁移速度首先随表层土含水率的突增迅速增加至最大值, 然后缓慢减小, 最后湿润锋迁移速度略微增大; 湿润锋平均迁移速率随雨强的增大趋近线性增长; 碎石土沉降变形在入渗过程中经历缓慢增长、急剧增大、逐渐停滞3个阶段; 坡顶、坡腰及坡脚处入渗速率与一维入渗速率分别满足指数关系、对数关系及线性关系; 雨水最终入渗深度由大到小依次为坡脚、坡顶、坡腰。     

降雨诱发浅层滑坡渐进破坏分析研究

为分析降雨诱发浅层滑坡的演变过程。本文以湖南湘西古丈滑坡为例,基于Green-Ampt入渗模型,进行了降雨诱发浅层滑坡渐进破坏分析。研究结果表明:在强降雨作用下,滑坡的失稳破坏主要是由于前缘土体以及中前部土体的局部破坏,而逐渐发展为整体破坏。并且,受滑坡地形影响,地形平缓的区域虽然湿润锋下渗较快,土体抗剪强度较低,但由于土体饱和带的渗流作用较小,而重力提供垂直于滑面的分力较大,该部分稳定性较为良好,故湿润锋对于滑坡稳定性的影响还应该根据不同地形条件加以分析。渐进式滑坡破坏分析方法对滑坡的监测和防治具有重要的指导意义。     

黄土边坡降雨入渗规律及其对稳定性的影响

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。以陕西富平地区某黄土边坡为例,结合野外现场试验和数值模拟,研究了降雨入渗规律和其对稳定性的影响。研究结果表明,降雨入渗的影响范围在边坡浅层,深度为2~2.5 m。土体的抗剪强度参数受含水率影响较大,在雨水入渗条件下,边坡表层的孔隙水压力变化较大,孔隙水压力的变化区域指示着湿润锋的位置。最大剪应力的应力集中区域为湿润锋区域以及各级边坡坡脚处,降雨后边坡稳定性系数比降雨前降低了12%,显示降雨对边坡的稳定性影响较大。     

侵入岩脉风化壳对中林村残积土滑坡渗流场和稳定性的影响

岩脉侵入是一种普遍的地质现象,侵入岩脉及其风化壳对斜坡的渗流场和稳定性具有重要影响,但目前国内外在该方面的研究鲜见报道。我国东南沿海约50×104 km2的白垩系火山岩地层中广泛分布侵入岩脉及其风化壳,改变了该地区残积土斜坡的失稳机制。以浙江省文成县中林滑坡为对象,研究花岗岩脉风化壳对其渗流场和稳定性的影响。中林滑坡主要由凝灰岩及其残积土组成,后部有侵入的花岗岩脉及其残积土,利用室内土柱试验获取降雨作用下两种残积土渗透性质的差异,利用不同含水率下的直剪试验获取非饱和抗剪强度参数;利用Geo-studio软件中的Seep/W模块反演土柱降雨试验,获取两种土体的非饱和渗透参数;接着将上述参数应用于中林滑坡的渗流场模拟,获取降雨入渗下坡体的渗流场;将渗流场耦合到坡体稳定性计算中,获取了坡体的稳定性变化曲线及最危险滑面。结果表明,降雨通过侵入岩脉风化壳快速入渗,并顺着基覆面向凝灰岩残积土区侧向渗流,导致侵入区与原始斜坡的交界处以及基覆面附近的地下水位快速升高,孔隙水压力迅速增大,斜坡在该位置最易变形破坏,且失稳深度远大于普通的浅层残积土斜坡,可达6～10 m。该研究成果可为东南沿海地区有岩脉侵入的残积土斜坡的稳定性评价与防治设计提供理论依据。     

降雨入渗下非饱和坡残积土湿润锋运移试验研究

我国东南沿海地区丘陵山地发育，降雨入渗到土体中的水分是导致滑坡灾害频发的关键因素。以福建省泉州市德化县地质灾害点为主要研究对象，考察典型地质灾害点具有代表性的坡积土与花岗岩残积土的渗透特性。利用自行研制的土体入渗装置，分别在降雨强度为15、30、60 mm/h条件下，考虑降雨历时一致（180 min）与过程降雨量一致（90 mm）两种工况开展一维土柱入渗试验，得到相应的各个土柱含水率、湿润锋、入渗率随时间变化的响应规律。试验结果表明：（1）土体渗透系数越大、雨强越大，土体湿润蔓延距离越深、速度越快。（2）降雨入渗过程中，土体含水率由浅及深逐次对降雨进行响应。不同雨强对含水率的影响主要体现在第一次响应时间以及饱和速度上，雨强越大，响应时间越快，饱和速度也越快。（3）提出可表征在不同雨强作用下，德化县马坪滑坡与崩土岭滑坡的湿润锋入渗公式。该研究成果对台风暴雨型滑坡的孕灾机制分析以及精细化监测预警具有重要的理论及实际意义。     

侵入岩脉风化壳对中林村残积土滑坡渗流场和稳定性的影响

岩脉侵入是一种普遍的地质现象,侵入岩脉及其风化壳对斜坡的渗流场和稳定性具有重要影响,但目前国内外在该方面的研究鲜见报道。我国东南沿海约50万km2的白垩系火山岩地层中广泛分布侵入岩脉及其风化壳,改变了该地区残积土斜坡的失稳机制。本文以浙江省文成县中林滑坡为对象,研究花岗岩脉风化壳对其渗流场和稳定性的影响。中林滑坡主要由凝灰岩及其残积土组成,后部有侵入的花岗岩脉及其残积土,本文利用室内土柱实验获取降雨作用下两种残积土的降雨入渗规律及渗透性质的差异,利用不同含水率下的直剪试验获取两种残积土的非饱和抗剪强度参数;然后利用Geostudio软件中的Seep/W模块反演土柱降雨实验,获取两种土体的非饱和渗透参数;接着将上述参数应用于中林滑坡的渗流场模拟,获取降雨入渗下坡体的渗流场及其变化规律;最后将渗流场耦合到坡体稳定性计算中,获取了坡体的稳定性变化曲线及最危险滑面。结果表明,降雨通过侵入岩脉风化壳快速入渗,并顺着基覆面向凝灰岩残积土区侧向渗流,导致侵入区与原始斜坡的交界处以及基覆面附近的地下水位快速升高,孔隙水压力迅速增大,斜坡在该位置最易变形破坏,且失稳深度远大于普通的浅层残积土斜坡,可达6-10米。本文的研究成果可为东南沿海地区有岩脉侵入的残积土斜坡的稳定性评价与防治设计提供理论依据。     

前期含水率对浅层滑坡降雨入渗及稳定性影响研究

降雨是诱发滑坡的主要因素之一。目前普遍认为,湿润锋下移导致的土体基质吸力减少是降雨影响滑坡失稳的主要原因,而土壤前期含水率是影响湿润锋下移过程的重要因素之一。基于Green-Ampt模型,推导了考虑坡角影响下的滑坡体降雨入渗表达式,同时,结合无限斜坡模型分析了持续稳定的降雨条件下滑坡体稳定性的变化情况,探讨了前期含水率对于降雨过程中浅层滑坡稳定性的影响规律。结果表明:随着降雨的持续进行,浅层滑坡稳定性开始下降较快,之后趋于平缓。前期含水率会影响湿润锋的下移速度,当前期含水率分别为0.32,0.36,0.40时,湿润锋下移速度分别为0.109,0.173,0.42m/h,说明前期含水率越大,湿润锋下移的速度越快;而前期含水率对于浅层滑坡稳定性的影响主要在降雨初期。     

水-力耦合及干湿循环效应对浅层残积土斜坡稳定性的影响

降雨入渗过程中,土体吸力降低,体积明显改变。天然浅层土体长期受到季节性气候变化的影响,因此,开展水-力耦合及干湿交替对浅层残积土坡稳定性影响的数值分析,分析浅层土坡孔隙水压力、湿润锋及安全系数的时空演变规律,并对水-力耦合及干湿交替条件下的浅层土坡失稳破坏机制进行探讨显得尤为必要。研究结果表明:随着干湿循环次数的增加,水-力耦合分析下孔隙水压力以及湿润锋的迁移速度增加更快,边坡也更易失稳破坏;干湿交替初期,雨水入渗易引起地下水位上升,边坡可因正孔隙水压力的增加而失稳;干湿交替后期,湿润锋的快速推进加剧基质吸力迅速丧失及土体强度下降,边坡安全系数显著降低,发生失稳破坏的时间缩短。因此,可将湿润锋处的安全系数(局部最小值)作为控制边坡长期稳定性的临界值。     

基于电导性能的原状土柱降雨入渗规律研究

我国东南沿海地质环境复杂脆弱,由台风暴雨引发的滑坡频频发生.雨水入渗到土体内可能导致坡体变形,进而产生滑坡、泥石流等灾害.以福建三明岩兜滑坡为研究对象,通过自行研制的人工降雨土柱入渗试验装置,对研究区滑坡的残积土柱进行了不同降雨强度下(20 mm·h-1、60 mm·h-1)的累次循环降雨实验,考虑了不同降雨量、降雨历...     

东南沿海台风暴雨型单体斜坡灾害风险评价——以泰顺仕阳北坡为例

在东南沿海地区每年汛期由台风暴雨诱发的坡积层滑坡灾害事故众多,给当地人民生命财产安全造成巨大威胁。斜坡单体风险评价是地质灾害治理与防控的重点、难点。在野外调查、工程地质钻探及岩土体力学测试的基础上,以仕阳镇仕阳北坡为例,结合气象资料分析了不同降雨条件下斜坡的稳定性;采用蒙特卡洛方法计算了斜坡安全系数的统计特性;基于斜坡破坏概率研究了承灾体的易损性,并定量计算了不同降雨条件下建筑物及人员的风险值。结果表明:随着降雨强度的增加,滑坡发生概率随之增加,其风险值也逐渐增加,特大暴雨工况风险最大,其人员风险为94人/年,经济风险为1.41亿元/年。研究结果对东南沿海地区该类滑坡的防治工程有重要的参考意义,可为该类滑坡的防灾减灾决策提供建议。      

基于模拟试验的强降雨条件下花岗岩残积土斜坡滑塌破坏机理分析

以东南沿海地区花岗岩残积土为代表性土样,以土体斜坡坡度、降雨强度为控制变量,设计了降雨滑坡模拟试验方案,在大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨等四种不同降雨等级条件下对四种不同坡度的斜坡模型进行了强降雨模拟试验,研究降雨强度和斜坡坡度对其滑塌破坏的影响特征。结果表明:降雨强度越大,发生深层破坏或浅层整体破坏的趋势越明显,其变形跨塌滑块尺寸越大,破坏范围越集中,破坏程度增强;同时土体裂纹出现的时间越早,斜坡滑塌破坏所需的降雨时长逐渐减少。随斜坡坡度的增大,破坏形式由滑落滑坡逐步转化散落崩塌破坏,其相应斜坡滑塌破坏所需的降雨时长减少。研究结论对揭示降雨引发残积土滑坡等地质灾害发生规律具有重要的理论和现实意义。     

Detection of water infiltration and deformation of unsaturated soils by elastic wave velocity

Intense rainfall is the most important landslide trigger. In many mountainous environments of the world, heavy rainfall has caused many landslides and slope failures in a matter of seconds without warning. Therefore, an early warning system can be an effective measure to reduce the damage caused by landslides and slope failures by facilitating the timely evacuation of people from landslide-prone areas. In this study, we propose an idea to correlate soil moisture changes and deformations in slope surface by means of elastic wave propagation in soil. Constant shear stress drained triaxial tests where water was infiltrated from the bottom of specimen until failure, and slope model tests under artificial rainfall were performed to investigate the response of elastic wave velocities during pre-failure phases of rainwater infiltration and deformation. Analysis of the results has established that the elastic wave velocity continuously decreases in response of moisture content and deformation, and there was a distinct surge in the decrease rate of wave velocity when failure was initiated. Possible mechanisms were interpreted based on the test results. It is proposed that a warning be issued at switch of wave velocity decrease rate. This approach can thus serve as the basis of an early warning system for landslides and slope failure considering both moisture content and deformation.     

滑坡对降雨的动态响应及其监测预警研究

以福建德化县彭坑滑坡为例,基于非饱和土力学理论,结合滑坡实际监测数据,利用有限元法对坡体在雨水入渗条件下的渗流、变形特性和稳定性进行计算和分析,研究滑坡对降雨的动态响应和不同工况下安全系数和位移的关系。结果表明:滑体结构松散,易于雨水入渗,改变基质吸力空间分布,弱化岩土体参数; 持续降雨会使地下水位上升,坡脚发生变形,牵引坡体后缘产生拉裂,直至在降雨期间产生以非饱和区域为主的滑坡。强降雨初期,边坡安全系数下降较快,易发生滑坡; 雨停后安全系数会因雨水持续下渗而进一步降低,应注意雨后滑坡的产生; 同样水分在不同坡体部位对稳定性影响不同,安全系数有消有涨,存在时空效应。最后为反映地下水位线和降雨条件变化对边坡产生危害的程度,提出危险系数概念,建立危险系数与增量位移的关系,实现边坡测点位移变化的阶段式预警。研究结果和方法可为类似工程的治理和监测预警提供有意义的参考。     

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。     

基于有限元软件自定义本构模型的膨胀土边坡降雨入渗分析

降雨条件下,边坡土体吸水软化造成抗剪强度降低是引发边坡失稳的重要因素之一。雨水在边坡土体中的入渗过程是动态变化的,土体含水率（饱和度）也会随之发生持续变化,因此,研究土体抗剪强度在动态环境下的变化规律,对实时评价降雨工况下土体边坡的稳定性具有重要意义。文章以贵州省尖山营地区的膨胀土为研究对象,基于非饱和土强度理论,结合室内剪切试验数据分析了膨胀土的抗剪强度指标与土体含水率的关系,提出了以含水率为变量的抗剪强度公式;基于ABAQUS有限元软件平台的二次开发技术编写了USDFLD子程序,结合室内试验得出的土体抗剪强度变化规律,分析了降雨条件下土体含水率变化引起的强度衰减与土体重度变化对膨胀土边坡稳定性的影响。结果表明:随膨胀土含水率增加,土中颗粒吸水膨胀,颗粒间距缩小,矿物颗粒间的黏结作用逐渐增大,直至集合体空隙充水,吸力减小,黏结作用迅速减弱;膨胀土的抗剪强度总体呈递减趋势,其中,黏聚力先增后减,内摩擦角递减。应用ABAQUS有限元软件的二次开发技术可实现土体参数随含水率的动态变化而变化,为降雨条件下非饱和土边坡的有限元分析提供了一种新的技术手段。     

湘西陈溪峪滑坡变形机理及稳定性评价

浅层滑坡在我国广泛分布,但在区域范围内分布规律性较差,且具有突发性、隐蔽性和破坏性强等特点。湘西武陵山区地质条件复杂、降雨丰沛、人类工程活动强烈,突发性地质灾害频发,尤以降雨诱发的浅层滑坡为主。文章以湘西地区慈利县陈溪峪滑坡为例,开展了降雨量、基质吸力、地下水位和地表变形等的监测;结合滑坡的现场调查及监测成果,分析滑坡的形成条件和变形机理;在此基础上,考虑基质吸力对边坡稳定性的贡献,将强度折减有限元法推广到非饱和土边坡,计算得到了不同降雨工况下滑坡稳定性。结果表明:当强降雨降落到滑坡体上时,坡内基质吸力值均迅速减小,直至一定值后（9.5 kPa左右）不再变化;坡内地下水位受季节性降雨影响显著,短时强降雨引起地下水变化幅度不如长时间降雨对地下水位造成的影响大;陈溪峪滑坡的地质力学成因为蠕滑推移式土质滑坡,运动形式为沿基覆界面的浅层滑坡;短时强降雨是诱发滑坡变形的最关键因素。陈溪峪滑坡在持续降雨条件下的降雨量预警值约为280 mm,在短时强降雨条件下的降雨强度预警值约为240 mm/d。