非饱和黄土边坡水热变化过程室内模型试验研究

针对黄土边坡在降雨条件下易发生浅层滑塌失稳破坏问题,探讨降雨入渗及日照蒸发条件下非饱和黄土边坡内水热变化过程。利用填筑室内黄土边坡模型,通过控制降雨–日照循环条件,对黄土边坡模型中温度、水分及坡面位移进行监测,结果表明,非饱和黄土边坡模型在外界降雨–日照条件下其内部温度及含水率的影响范围在30~40 cm之间,其影响深度是有限的,说明通常在降雨入渗作用下黄土边坡失稳破坏的深度有限,多为浅层滑塌破坏;边坡模型的表面位移随着降雨日照条件变化而发生轻微膨胀或收缩。     

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。     

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。     

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。     

降雨对花岗岩风化层路堑边坡滑动模式影响

降雨引起路堑边坡的浅层局部滑动是工程中常见的现象,但其内在原因的研究尚不充分。为此,以福建省云平高速云霄段花岗岩风化层中的某两级路堑边坡为例,采用饱和和非饱和土抗剪强度理论,按照强度折减有限元方法分析了该边坡在一般工况、地下水渗流工况和降雨入渗工况下的滑动模式。结果表明:一般工况下该边坡滑动模式为深层整体滑动;地下水渗流作用可使边坡由深层滑动模式向浅层滑动模式转化;长时小或中等降雨作用下坡体内出现三道滑动面,且一级边坡内滑动面最先贯通,滑坡模式由深层整体滑动向浅层局部滑动演化。短时强降雨作用下仅在一级边坡内出现贯通的滑动面,即由整体滑动模式完全转变为浅层局部滑动模式。降雨工况越不利表现越为明显,与实际滑坡现象相吻合,且安全系数不满足规范要求,从而从理论上验证了该路堑边坡发生浅层局部滑动的必然性。此外,为避免花岗岩风化层路堑边坡在降雨入渗下发生浅层局部滑动,对假设的不同放坡方案进行了数值模拟分析。结果表明,适当放缓坡率可使一级边坡内不出现滑动面,滑坡模式仍为较深位置的整体滑动,且安全系数可得到有效提高,使其满足规范要求。因此,实践中,采用文中方法对设计的类似地层中的路堑边坡事先进行降雨入渗影响下的模拟分析极为必要。将使放坡坡率更为科学合理,可在确保边坡整体稳定性的同时,极大降低其发生浅层局部滑动的可能性。     

强降雨作用下黄土陡坡开裂特性测试

降雨诱发黄土边坡失稳具有严重的破坏性。为了研究强降雨条件下黄土陡坡的开裂特性,在陕北吴起开展了黄土陡坡现场人工模拟中雨和大雨试验,分析了坡体含水率及土压力响应,总结了边坡开裂特征、开裂模式及土工布隔离槽的工程效应。研究结果表明：24 h中雨条件下黄土陡坡含水率和土压力上升幅度有限,而144 h大雨条件下边坡表层形成较大厚度的临近饱和区且表层土压力增长明显;144 h大雨条件下黄土陡坡的破坏顺序为坡顶开裂—坡面鼓胀—局部滑动贯通,并且坡顶开裂具有易发性和先导性;边坡破坏模式为自坡顶至坡面的贯通浅层破坏。     

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。     

考虑降雨类型的基岩型浅层边坡稳定性分析方法

降雨是诱发滑坡尤其是浅层滑坡的主要因素,目前多数降雨作用下基岩型浅层边坡稳定性分析方法都是基于常降雨强度假设,忽略了降雨特性对该类边坡稳定性的影响。文章建立了常规型降雨强度-时间类型,通过控制参数统一均匀型降雨、递增型降雨、递减型降雨、峰值型降雨等类型。根据入渗理论和无限边坡模型,提出了考虑降雨类型的基岩型浅层边坡稳定性分析方法。通过编制MATLAB程序计算一边坡稳定性,结果表明:不同降雨类型对基岩型浅层边坡稳定性影响较大,具有明显的时效性。在实际边坡防治中,应考虑降雨特性对边坡稳定性的影响。     

黄土高填方坡体加载过程变形-力学响应特征研究

大型工程项目在我国黄土丘陵地区的开展日益增多,为了在有限的空间得到足够的可利用面积,通常需要挖山填沟造地形成了大量高度超过40m的高填方边坡。高填方边坡地质条件复杂,填料物理力学性质差异大,施工困难。高填方边坡的变形与稳定问题突出。高填方边坡工程已成为黄土地区最具危险性的人类工程活动之一,其严重影响黄土地区的经济建设和城市化进程。本文以国内某高填方边坡为研究对象,结合野外调查和勘察资料,结合研究区的地质概况建立高填方边坡加载过程的概化模型;通过研究区高填方边坡回填加载支挡结构变形与监测分析;借助数值分析高填方坡体加载过程力学-变形响应特征,对研究黄土高填方边坡抗滑桩、桩间板支挡结构变形和锚索的受力分析具有重要的理论和工程实践意义。     

基于Mein-Larson入渗模型的凹形边坡稳定性分析

坡面形态对边坡表面应力状态影响显著,而应力状态与边坡稳定性密切相关。以往的降雨入渗模型仅考虑直线形态的边坡,并没有考虑边坡为曲线形态的情况。将Mein-Larson入渗模型与坡形函数相结合,推导降雨作用下凹形边坡的入渗函数,结合极限平衡分析方法,提出一种凹形边坡稳定性计算模型。同时根据坡形拟合与坡形简化的思路,将实际边坡分别当作成凹形边坡和直线边坡进行研究。研究结果表明:湿润锋入渗深度与降雨时间呈线性关系,湿润锋面在不同降雨时刻下均与坡面平行。将实际边坡当作凹形边坡进行分析时,其降雨入渗规律更符合实际情况;当降雨时间为10天时,浅层斜坡模型得到的计算结果为0.95,而本文计算模型与数值模拟得到的稳定性系数分别为1.004和1.003,相对误差不超过1%。因此与以往提出的计算模型相比,该模型不仅考虑了实际边坡的坡面形态,而且具有计算简便、可靠度较高等特点。     

黄土路堑边坡土体水热变化特征现场监测研究

基于现场监测资料,对黄土路堑边坡坡面下土体水热变化规律进行分析研究.结果表明,左边坡坡面下土体温度高于右边坡,左边坡冻结期和冻结深度小于右边坡;右边坡含水率变化深度大于左边坡,水分在边坡5 cm以上浅层土体中迁移速度基本相同,在边坡坡面25 cm以下土体渗透性差异较大,左边坡迁移速度低于右坡;冬季左边坡坡面下浅层土体和右边坡观测范围内地温低于0℃,右边坡坡面25 cm以上对应的含水率为零,而左边坡浅层土体和右边坡25 cm以下土体含水率并不为零;干湿循环和冻融循环在左右边坡土体中的显著程度和影响深度不同.     

黄土边坡降雨侵蚀特征的物理模拟试验研究

黄土边坡的侵蚀破坏是引起黄土地区公路边坡自然灾害的主要诱因。通过建立室内边坡降雨冲刷物理模型, 进行黄土边坡侵蚀破坏的模拟试验, 再现边坡溅蚀、片蚀、沟蚀、坍塌的基本破坏过程, 并对坡面降雨冲刷的演变过程和侵蚀机理进行了细致的描述和分析。试验表明:在一定的降雨雨强下, 径流TSS(携砂能力)和单位面积侵蚀泥沙量随着试验坡度的增加逐渐增加, 而径流总量、侵蚀干泥沙量随着坡度的增加而相应变小。同时, 黄土边坡侵蚀冲刷过程中的主要侵蚀能力参数如坡面径流总量、汇流干泥沙量、侵蚀干泥沙量等与降雨雨强之间存在相应的关系。     

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     

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。     

考虑降雨渗流影响的露天煤矿黄土开挖边坡分析

黄土开挖边坡在降雨作用下坡面破坏可分为片蚀破坏、沟状侵蚀、坍塌破坏3个阶段。通过野外现场地质调查,建立调查区域露天煤矿某段运煤大道处黄土开挖边坡三维数值分析模型,采用V-G模型设定渗流边界函数,并以此根据室内外实验设定初始负孔隙水压力;在有限差分软件中运用fish语言将野外现场测得的稳定渗透系数与边坡开挖高度关系编入渗流计算命令流中,模拟了不同降雨强度下孔隙水压力、开挖边坡位移、坡面冲刷程度、最大主应力变化情况,提出黄土区开挖边坡在降雨作用下沟状侵蚀在第三级台阶(坡高60m)左右破坏严重,坡高高于此高度应注意沟状侵蚀的剧烈扩展并加以防治;应在开挖边坡顶部以及台阶坡顶、坡肩处加强监测与防护治理工作。     

模拟降雨条件下寒旱地区边坡土体位移及土压力特征

为深入研究降雨条件下寒旱地区植物边坡与裸坡浅层位移及土压力特征,定量评价植物护坡效应,以位于西宁盆地的青海大学自建试验区为例,通过对柠条锦鸡儿边坡与裸坡开展原位模拟降雨试验,系统分析两种边坡浅层土体的土压力值及其水平、垂直方向上位移量变化规律;在此基础上评价这两种类型边坡的稳定性。得到以下主要结论:降雨前后,柠条锦鸡儿边坡a层（边坡表层以下0~20 cm）、b层（边坡表层以下（20~40 cm）土体含水率增加幅度均较裸坡降低32.03 %、13.63 %,反映出模拟降雨过程中植物茎叶起到降雨截流作用;降雨后两种边坡平均土压力值均较降雨前略高,其中裸坡增加0.125 kPa,柠条锦鸡儿边坡增加0.129 kPa。降雨前后柠条锦鸡儿边坡在水平、垂直方向的平均位移量分别为0.031,0.027 cm,裸坡坡面的分别为0.196,0.158 cm,说明柠条锦鸡儿根系在一定程度上起到有效抑制坡面土体变形效果,达到了提高边坡稳定性的作用。     

辽西黄土陡坡的冲刷破坏机制

以70°辽西黄土陡坡为例,在降雨强度为2.7 mm/min条件下对边坡坡面冲刷破坏特征进行了室内物理试验模拟。试验发现：随着降雨的持续坡面水流能量不断增加,致使侵蚀强度增强;边坡的侵蚀方式从试验初期的片蚀,到中期的细沟侵蚀,最后演化为坡顶部的切沟侵蚀和坍塌。基于试验成果,采用SEEP/W程序对降雨条件下边坡降雨入渗规律进行数值模拟,发现在降雨过程中坡顶部所产生的水头压力最大,随高度降低呈减小趋势;运用PFC2D颗粒流软件从微观角度对坡体土颗粒运动情况进行模拟,结果发现位于坡顶的颗粒最先被径流冲刷带走,且下落速度很快。经对比表明：数值模拟结果和物理模拟试验现象基本一致,可为进一步研究黄土边坡冲刷破坏规律提供参考。     

降雨诱发浅层黄土泥流的研究进展、存在问题与对策思考

降雨诱发的浅层黄土泥流规模小、流速快、冲击力强、发育范围广、难以防御、致灾频率高,近两年造成了大量人员伤亡,急需开展其形成机制与强度的研究。黄土物质组成与水敏性、坡体形态对降雨入渗—积水的响应、黄土斜坡对降水入渗的力学响应机制、富水黄土粘滞性流动特性是制约浅层黄土泥流形成的四种主要因素,分析这四种因素的对浅层黄土泥流形成的制约作用需解决斜坡降雨入渗的水文过程、非饱和土的力学效应及水土耦合的机制等前沿问题。本文对影响泥流形成的各因素研究的最新进展进行了综述,同时讨论了研究中的核心问题,并提出了相应的对策与方案,认为可从三方面开展研究:(1)定量描述泥流体积扩容特征,建立浅层黄土泥流启动与流动模式;(2)分析泥流与原状黄土物质成分、组成结构差异,开展黄土非饱和增湿力学变形试验,监测0°~60°单面坡与坡肩平缓斜坡的降雨入渗过程,研究坡体形态对雨水汇聚、入渗及基质吸力变化的控制特征,揭示泥流流体运动过程中水土响应机制;(3)对浅层黄土泥流物理力学模型进行解析,讨论泥流流动能量转化特征,建立降雨诱发泥流灾害的强度计算模型,为降雨泥流灾害危险性定量计算提供理论支撑。     

边坡位移演化的多尺度分析

通过相邻两个时间区间位移观测结果均值差分的积分描述和Harr小波基函数的小波变换方程的对比分析,得到了一个将不同时间尺度下边坡位移均值变化表示为相应尺度下小波变换系数的基本关系。根据这一关系,提出了可以采用小波变换方法确定两个相邻时间区间位移均值在不同时间尺度下变化规律的边坡位移演化的多尺度分析方法。针对卧龙寺新滑坡、三峡永久船闸边坡开挖和隔河岩水电站进水口边坡变形的观测结果,讨论了它们的位移演化多尺度特征。当边坡位移呈现较规则的变化趋势时,在一个尺度上就可以提取它们的时间演化特征。开挖剧烈扰动的影响可以通过给定时间尺度支撑区端点与位移突变点之间递增连的线进行近似。     

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。