黄土边坡降雨冲刷模型试验研究

西部黄土地区高边坡多采用骨架结构进行防护,但其服役期间容易产生土体侵蚀破坏,造成防护效力的局部丧失,严重者甚至可诱发垮塌灾害。通过开展人工模拟降雨冲蚀模型试验,对比分析了裸坡和骨架边坡的坡面冲蚀过程、含沙量、径流量及累计冲蚀量,探讨了骨架结构的防护效果,厘清了骨架关键部位处的坡面冲蚀规律,揭示了强降雨诱发骨架防护边坡侵蚀破坏机制。试验结果表明：骨架结构具有一定防护效力,但其框格边缘土体容易侵蚀破坏;随着降雨时间增长,裸坡和骨架边坡的含沙量、径流量及累计冲蚀量均逐渐增加。相比于裸坡,冲蚀60 min时骨架边坡的含沙量降低25%(坡比1 ︰ 1.5),21.4%(坡比1 ︰ 1.75),径流量降低33.6%(坡比1 ︰ 1.5),31.4%(坡比1 ︰ 1.75),累计冲蚀量降低43.6%(坡比1 ︰ 1.5),40.0%(坡比1 ︰ 1.75);骨架关键部位,尤其是尖角边缘土体所承受的雨水冲刷作用较强,其冲蚀演化历程归纳为：溅蚀-片蚀-细沟侵蚀-切沟侵蚀(初次冲蚀),或溅蚀-片蚀-切沟侵蚀(再次冲蚀);骨架结构可限制土颗粒运移、削弱径流冲蚀,起到截流、挡水及分流作用,但也会在骨架关键部位处产生较为明显的边缘汇流现象,容易使得骨架支撑土体的侵蚀破坏,造成骨架结构的局部悬空。研究成果可为黄土地区路堤边坡拱形骨架防护的优化设计与现场施工提供参考。     

黄土边坡降雨冲刷模型试验研究

针对边坡表层受降雨冲刷易引发水土流失并导致滑坡灾害的难题, 以黄土边坡为例, 提出了一种基于减排水理念的生态固坡综合防护方法。采用自主研制的边坡降雨模拟实验装置, 考虑不同改良剂掺量、格构防护形式、雨强、历时、坡比等因素对防护效果的影响, 研究不同因素组合影响下的边坡土体侵蚀规律与演化机理。试验结果表明, 黄土边坡坡面侵蚀可归纳为溅蚀、片蚀、沟蚀、坍塌、滑坡的过程; 随改良剂掺量增加, 改良边坡抗侵蚀能力增强, 综合考虑提出改良剂的最优掺量为3‰; 与素土边坡相比, 3‰改良剂改良边坡受雨强的影响较小; 随降雨历时增加, 改良剂改良效果越明显; 改良剂、框格梁以及两者的综合利用, 均能有效提高边坡抗雨水冲刷与侵蚀能力; 边坡坡度增大至一定程度, 坡体受降雨侵蚀易突然发生整体滑塌, 需进行重点关注; 改良剂主要通过絮凝作用使土颗粒之间镶嵌黏结更紧密, 从而提高黄土的持水性和抗蚀性。     

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。     

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。     

泥质砂岩残积土边坡降雨冲刷特性

泥质砂岩残积土作为一种结构性很强的特殊土,具有崩解性强、抗冲蚀性差以及扰动性极大的特点,对工程建设有较大影响.为了探究泥质砂岩残积土边坡降雨冲刷机理,设计了边坡降雨冲刷试验,通过现场三维激光扫描技术测试分析了其表面冲刷效应;利用高密度电法进一步明确了泥质砂岩残积土边坡的入渗特性、表面冲刷演化机制及冲刷破坏机理.结果表明...     

黄土地区公路边坡降雨失稳预报研究

为了研究黄土地区公路边坡降雨失稳灾害的预测预警方法,通过现场调查和理论分析,研究了黄土地区公路边坡降雨灾害危险性初步判别的标准;在分析公路边坡稳定性主要影响因素(边坡结构、边坡形态和植被特征)的基础上,提出了黄土地区公路边坡标准坡型的模型;以标准边坡坡型为基准,根据边坡失稳资料和降雨数据,建立了公路边坡抗灾能力评分表和评分标准。由此提出了适合于陕北黄土地区(包括砂黄土地区和典型黄土地区)公路边坡降雨灾害预测预警的抗灾雨量法,可以针对某个具体的黄土地区公路边坡的降雨灾害进行工点失稳预报。工程应用表明抗灾雨量法可操作性较好。     

土工格室对黄土路堤边坡抗冲刷的试验研究

在黄土地区,植被恢复很慢,由于黄土本身的特性以及突发性的暴雨,对路堤边坡的冲蚀作用十分明显,甚至造成路基的坍塌。用格室防护黄土路堤边坡的冲刷试验研究,目前尚未见报道。通过一系列对比试验并详尽分析,发现土工格室对黄土路堤边坡冲刷防护的效果明显。在此基础上,对土工格室的冲刷防护机理进行了初步探讨。     

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。     

新型高分子材料固化黄土边坡的抗冲刷试验

在已有成果的基础上采用新型高分子材料SH固化剂固化黄土,通过改良坡面黄土的工程性质,提高坡面抗冲刷性能。利用室内试验装置人工模拟边坡顶端来流冲刷,研究采用SH固化剂和固土植草相结合的方法加固黄土边坡,以边坡坡面产流产沙特征评价抗冲刷性。结果表明:SH固化黄土坡面后,坡面径流含沙量比黄土坡面显著减小,随SH掺量增加,含沙量递减,抗冲刷性明显增强; SH固化植草坡面的产流产沙性能说明化学与生态结合防护黄土边坡坡面冲刷更为有效。 更多还原     

均质非饱和边坡降雨入渗解析解及在黄土边坡的应用

降雨诱发的黄土边坡失稳非常普遍。建立黄土边坡渗流场计算模型,基于非饱和土渗流控制方程。采用VG函数和Gardner函数分别描述土-水特征曲线和渗透系数曲线,利用行波约化和级数展开法推导降雨入渗解析解。利用数值反演法将模型试验数据对土-水参数拟合,证明了该解析解的有效性。对比分析试验值与解析解在不同工况下体积含水率分布规律,分析结果表明：边坡试验模型中的浅层测点体积含水率试验值与解析解较为接近,试验值在浸润锋下移的过程中所达到的体积含水率峰值相比解析解较小;边坡试验模型中的深层测点体积含水率试验值与解析解在前期存在一定误差,深层测点体积含水率解析解在初期增长速度相较于试验值较快,主要原因是较深土层浸润锋的滞后性。     

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。     

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。     

黄土地区公路边坡降雨灾害预测预警方法研究

在野外现场调查和理论分析的基础上,考虑降雨量的损失和降雨作用的滞后性,提出了有效降雨量的计算方法;通过有效降雨量的统计分析,确定了砂黄土地区以及典型黄土地区公路边坡可能发生失稳破坏的有效降雨量分级值即雨量线值,并用雨量线方法进行公路边坡失稳预测。通过工程实例验证,表明雨量线法具有较好的实用性。     

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。     

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。     

降雨作用下马兰黄土渗透规律实验研究

通过自主研制的非饱和土直渗仪,对高为15cm、直径为12.5cm的圆柱形黄土试样进行降雨强度分别为16mm/h、50mm/h、70mm/h的渗透模拟试验,分析降水入渗深度、径流、富集量等与时间的对应关系,探究降水-黄土间的作用模式。得到实验结果:①不同雨强作用下,降水入渗锋面均呈漏斗状,凹面向下,均匀推进;②试验后试样含水率均超过液限,但随雨强增大含水率相应减小;③雨强16mm/h时无径流产生,雨强50mm/h、70mm/h时径流分别在试验开始29min和14min时形成;④降水入渗具有阶段性,雨强16mm/h,可分为快速下渗、缓慢下渗和匀速下渗三个阶段;雨强50mm/h、70mm/h,水开始入渗速率与土自身吸水能力有关,待上覆土饱和,水不仅受重力还受水驱动力的作用,入渗速度加快,最后稳定。获得结论包括:(1)雨强越大,水受重力和水力梯度作用越大,水下渗速度越快,充填孔隙的水就越少;(2)在雨强大于土体吸水能力的一定范围内,雨水补给量、径流量、下渗量以及充填量之间随降雨历时、入渗深度、孔隙度变化等因素出现相互制约、相互促进的关系;(3)试样完成渗流后,土体内形成稳定流,富集量与时间呈线性关系。     

黄土边坡降水入渗规律及其稳定性研究

由于黄土地区地下水埋藏较深,降水因此成为影响公路黄土边坡稳定性的主要因素。根据饱和-非饱和土的渗流理论,考虑降水入渗的影响,利用有限元的方法,对阎良—禹门口高速公路的黄土边坡在百年一遇降水强度下的入渗规律和稳定性进行了数值模拟,同时根据现场人工降水试验证明:强降水条件下水分入渗的深度有限,一般为表层2m深度范围,且入渗深度随着降水时间的增加而增加,边坡安全系数逐渐减小,但对边坡的整体稳定影响不大;坡面出现冲刷破坏,如果不采用坡面防护措施,随着降水次数增加,将会出现局部破坏,最终导致整体边坡的失稳。而对于失稳状态下的危险边坡或老滑坡,滑坡出现频率与降水强度成正比例,并有一定的滞后性。     

黄土陡坡降雨冲刷试验及其三维颗粒流流-固耦合模拟

针对坡角为70°的黄土边坡,进行2.7 mm/min降雨强度下的室内坡面冲刷试验。根据边坡冲刷破坏的过程特征,将边坡侵蚀方式演变过程归纳为试验初期的片蚀、中期的细沟侵蚀、到后期的切沟侵蚀和坍塌。试验中坡顶处侵蚀强度大于其他部位,当坡面形成上下贯通的切沟之后,水流开始掏蚀沟槽底部土体,随着冲刷的持续,切沟两侧土体强度降低,坡顶土体发生坍塌。以此为基础利用三维颗粒流软件PFC3D对边坡降雨冲刷过程进行流-固耦合模拟,在模拟颗粒大变形的同时得到颗粒运动轨迹、孔隙率、流体单元内流速等重要参数,这些参数的定量变化过程反映了降雨过程中边坡遭受侵蚀程度及水流侵蚀能力的分布规律:坡顶处侵蚀最为强烈、水流侵蚀能力最强,且两者随高度降低呈减小趋势,与室内试验结果一致。