降雨诱发浅层滑坡稳定性的计算模型研究

我国是一个滑坡灾害频发的国家,众多事实表明：降雨是影响边坡稳定性,导致边坡失稳的最主要和最普遍的环境因素,是浅层滑坡的触发因素。为了更好地对降雨诱发浅层滑坡进行研究,采用非饱和土VG模型与改进的Green-Ampt入渗模型对Mein-Larson降雨入渗模型进行改进,并结合无限边坡提出了一个降雨诱发浅层滑坡的简化计算模型。与以往提出的简化计算模型相比,该模型既考虑了坡面倾斜的影响,又考虑了非饱和土的特性,并可用于两种降雨形式下的边坡浅层稳定性估算,具有更广的应用范围。通过与有限元得到的结果进行比较可得：在不同降雨条件下,该计算模型得到的各项结果与数值解是接近的,安全系数计算结果是偏于安全的,因此,可将该计算模型用于降雨诱发浅层滑坡的近似估算;该计算模型公式简单,便于计算,计算效率较高。     

降雨型浅层滑坡危险性预测模型

通过分析SHALSTAB和TRIGRS等浅层滑坡物理确定性模型存在的问题,提出了基于降雨入渗动态守恒的瞬态降雨入渗模型,该模型考虑了初期降雨过程、降雨历程以及饱和非饱和入渗过程,证明了SHALSTAB模型是该模型的特殊形式,并克服了TRIGRS模型参数繁多及一维入渗路径的问题.将无限边坡模型、瞬态降雨入渗模型和GIS进行耦合,研发了可用于大范围降雨型浅层滑坡危险性预测的集成系统,根据边坡的地质条件、地形参数和降雨特征即可对降雨条件下浅层滑坡的危险性进行评估.     

基于Richards传导方程的降雨型浅层滑坡稳定性分析

基于描述流体在多孔介质中毛细传导行为的Richards方程,Iverson（2000）推导了斜坡中任意深度处的孔隙水压力对降雨入渗的响应方程,本文在此基础上进一步推导了降雨型浅层滑坡稳定性计算表达式。该表达式考虑了坡体非饱和区饱和度和坡体重度在降雨入渗过程中的变化。算例结果表明：降雨入渗过程中浅层滑坡稳定性系数逐渐降低,且在降雨停止后的较短时间内达到最小值,之后逐渐增大,但增大速率比降低速率要低。这种变化趋势在不同初始地下水位竖向埋深情况下是一致的,但稳定性系数随初始地下水位竖向埋深增大而减小。降雨历时和降雨入渗率对浅层滑坡的稳定性均有显著影响,表现为降雨历时和降雨入渗率越长（大）,稳定性系数降低幅度越大,但后者的影响受到滑坡体竖向渗透系数的控制。     

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。     

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。     

降雨条件下低缓浅层土质滑坡稳定性影响因素及耦合研究

四川南江红层地区在降雨期间往往发生大规模的群发性低缓浅层土质滑坡,滑坡上覆土层普遍在1~5m之间,以3m居多。针对该地区的浅层土质滑坡,根据相关资料及现场调查,概化得到了该类斜坡的地质剖面及岩土层性质,利用Geo-studio分析了土厚1~5m斜坡基覆界面处孔隙水压力的变化及土层中湿润线的动态变化,计算了斜坡的瞬态稳定性;试验取得不同含水率下的土体c、φ值,研究软化作用对斜坡稳定性的影响。结果表明:土层越厚,基覆界面处累积的孔隙水压力越大,斜坡稳定性系数越小,斜坡稳定性变化与基覆界面处孔隙水压力的发展变化关系密切;土层越薄,雨水入渗途径越短,基覆界面接受雨水软化的时间越长,土体抗剪强度衰减越多;c、φ值越低,斜坡稳定性系数越低。抗剪强度c、φ是影响该类斜坡稳定性的重要因素之一。     

适用于斜坡降雨入渗分析的修正Green-Ampt模型

降雨入渗分析是预测降雨诱发滑坡的关键因素之一。Green-Ampt模型原理简单、使用方便,在浅层滑坡的降雨入渗分析中有很大的应用潜力,但该方法主要适用于初始含水率为均匀分布的情况。基于这一不足,推导了初始含水率为非均匀分布条件下降雨入渗深度和时间的关系,并给出了基于Runge-Kutta原理的数值解法。当初始含水率为均匀分布时,提出的方法可简化为文献中已有的Green-Ampt模型。当初始含水率为非均匀分布时, Richards方程预测所得的孔隙水压力分布图中土体饱和区和未受降雨影响的非饱和区之间存在一个较窄的过渡段,由新模型计算所得的湿润锋穿过这一过渡段,且靠近饱和部区的底部。总体而言,新方法计算所得的孔隙水压力分布与Richards方程求解结果类似。     

降雨型浅层黄土滑坡危险性评价与区划

黄土高原是我国地质灾害最为发育的地区之一,其中降雨诱发的浅层黄土滑坡又最为典型。以典型黄土地貌区-柳林县为例,应用SINMAP模型,探讨模型在黄土地区的适用性,分析了随着研究区内降雨量的增加,滑坡变形失稳区域的面积变化、分布位置和扩展趋势。研究表明,随着降雨量的增加,滑坡所处位置逐渐由稳定状态向失稳状态发展,位于失稳分区的滑坡数量逐渐增加,说明降雨对该研究区的斜坡稳定性影响较为明显。通过将模拟结果与实际发生的由降雨触发的滑坡灾害进行对比分析,可以得出SINMAP模型在黄土地区,对区域性降雨诱发浅层黄土滑坡稳定性的模拟预测有效,可以用于黄土地区浅层滑坡的稳定性评价研究。     

浅层滑坡诱发沟谷泥石流的地形和降雨条件

2011年贵州省望谟县打易镇的大范围浅层滑坡诱发的沟谷泥石流提供了研究这类泥石流地形和降雨条件的机会。在地质条件一致和小区域内的降雨条件基本一致的情况下,地形条件就是这些泥石流暴发与否的唯一决定因素。对比一些重要的地形因素与泥石流暴发的关系,得出了由流域面积、沟床纵比降和25°~45°山坡坡度面积比组成的泥石流综合地形因子T。在地形因子T的基础上,研究获得了由前期降雨量、1 h降雨强度、年平均降雨量等组成的降雨因子R。由地形因子T和降雨因子R获得的临界条件P可以判断该区域的泥石流暴发。由于研究工作部分基于泥石流的形成机理,研究成果还可用于其他区域的泥石流形成预测,为泥石流的预测预报提供了一个较好的方法。     

降雨类型对浅层滑坡稳定性的影响

在降雨与浅层滑坡稳定性关系的研究中, 目前的研究往往忽略了降雨类型的影响.因此, 选取4种具有代表性的降雨类型: 均匀型、递增型、递减型以及峰值型为对象, 基于Rosso提出的降雨强度与地下水关系模型, 构建考虑降雨类型的浅层滑坡地下水位高度随降雨时间的变化关系, 研究不同降雨类型对浅层滑坡地下水位变化的影响.进而, 结合无限边坡理论, 建立浅层滑坡的稳定性计算模型, 研究不同降雨类型对浅层滑坡稳定性的影响.研究结果表明: 降雨类型对浅层滑坡稳定性的影响是明显的, 递增型降雨作用下的浅层滑坡安全系数最小, 其次是均匀型降雨, 再次是峰值型降雨, 最大的是递减型降雨; 同时在确定浅层滑坡临界降雨量和进行区域浅层滑坡易发性研究时降雨类型的影响不容忽视.      

暴雨型滑坡降水入渗机理分析

暴雨能诱发大量的滑坡发生,在不同地区存在不同的临界降雨值,每当雨强大于该值时,滑坡就会大面积发生,这已经被多起滑坡事件证实。一般地,入渗理论认为,当雨强大于一定值时,入渗率是常量,过强的降水会转化为地表径流,这与雨强越大滑坡越易发生、群发性越强的观察结果不一致。在斜坡体上存在大量的裂隙,它们对降水入渗有着很大的贡献,应用有限单元法分别模拟了有裂隙和无裂隙时斜坡体内瞬态渗流场的变化,并用Bishop法对不同埋深滑动面的稳定性做了计算分析。模拟结果表明：考虑裂隙时的计算结果与宏观观察结果更一致,在评价降雨入渗对斜坡稳定性的影响时,一定要充分考虑裂隙的存在,只有雨强大于一个临界值时才会有充足的降水通过裂隙渗入到斜坡深部,裂隙的影响才显著地表现出来。     

基于改进Green-Ampt模型的滑坡稳定时变可靠度分析

降雨入渗滑坡稳定可靠度分析往往仅考虑了土体参数的空间变异性,而忽略土体初始含水率非均匀性空间分布的影响。基于此,推导了不同降雨工况条件下初始含水率任一分布的Green-Ampt入渗模型,利用变步长复化Simpson法求解初始含水率不同空间分布条件下湿润锋深度与降雨历时的函数关系。结合多维正态累计分布函数Mvncdf,计算整个降雨评估基准期滑坡稳定的时变可靠度,并利用某一滑坡实例进行对比验证。计算结果表明,初始含水率空间分布的不同对降雨条件下滑坡稳定时变可靠度的影响十分明显,且相较于初始含水率为均匀和梯形分布;相同降雨条件下,指数分布时滑坡稳定时变可靠度的下降幅度最小。该改进模型适用于土体初始含水率的任意分布,有利于Green-Ampt模型在滑坡稳定性评价的普适性推广应用。     

SHALSTAB模型在浙南林溪流域滑坡预测中的应用

受台风暴雨影响,浙南林溪流域滑坡频发。针对该区域滑坡规模小、长度与厚度比值大的特点,采用浅层滑坡稳定性模型(SHALSTAB)对潜在滑坡进行了预测,以log(降雨量q/土壤的导水系数T)作为划分标准,结果显示随着log(q/T)值的提高,预测的滑坡区域逐渐扩大,预测捕获率升高的同时,误判率也随之上升。以log(q/T)≤-3.1作为预测滑坡的判别标准,模型效果较好,预测捕获率为62.50%,误判率(17.79%)较低。预测结果显示,滑坡潜在区域主要位于斜坡下部、土体厚度大和坡度陡峭的地区,山体顶部、土体厚度薄和地形平坦的区域斜坡稳定。     

降雨条件下滑坡排水沟排水数值模拟

地表排水沟是滑坡治理常见措施之一。在降雨入渗与坡面径流有限元耦合模型中,通过调整径流方程中的坡度参数,实现地表排水沟排水模型。模型具有易于理解、实现简单的优点。以地表排水模型为基础,对5种典型滑坡在设与不设排水沟情况下坡体渗流场、坡面径流场、坡体入渗量和入渗过程进行了数值模拟。结果表明,当降雨强度相对土体渗透性较小时,排水沟设置在坡体渗透性由小变大的位置,才能有效地截断上游径流,减小入渗量;而当降雨强度相对土体渗透性较大时,排水沟排水效果并不明显。     

渗透性与降雨强度对堆积层滑坡稳定性的影响

本文基于非饱和渗流理论及非饱和土的Fredlund双应力变量强度理论,对一沿岩土接触面滑动的堆积层滑坡模型,分别进行了8种条件下的降雨入渗数值模拟试验,研究了不同土体渗透性及降雨强度对滑坡稳定性的影响。结果表明:(1)堆积层滑坡的稳定性与土体的渗透性有密切关系,在降雨后的短期内,土体渗透性越好,滑面孔隙水压力升高越明显,滑坡的稳定性降低程度越大;(2)降雨期间,埋深较浅的滑面,入渗雨水能够较快到达,对滑坡稳定性的影响较大;(3)在相同的降雨时间内,降雨强度越大,滑坡稳定性降低速率越快;(4)降雨强度影响着滑坡发生的滞后性,在降雨总量一定的条件下,若降雨强度较大,雨停后,滑坡稳定性继续下降的程度较大;(5)降雨总量控制着滑坡的最终稳定性。     

降雨条件下滴水崖Ⅰ号滑坡瞬态稳定性分析

根据选定的实测月降雨资料,利用径流渗流耦合理论,对滴水崖Ⅰ号滑坡进行了降雨入渗坡体渗流场数值计算。利用非饱和土强度理论,基于GLE通用条分法,分别利用天然状态强度参数和饱和状态强度参数计算了其安全系数,并对其稳定性进行了评价,为瞬态稳定性分析提供了基准。然后调用不同降雨时段的径流渗流计算结果对滑坡瞬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滑坡稳定性的时间空间影响,同时分析了降雨入渗对坡体岩土渗透特性造成的影响和对坡面径流的影响。     

降雨作用下山区边坡稳定性分析

降雨是诱发边坡失稳破坏的主要原因,本文以坡地水文模型为基础,结合无限边坡稳定计算模型,研究降雨条件下边坡启动的临界降雨条件。通过工程算例表明:降雨量与边坡体稳定系数成反比;滑坡启动的临界降雨量随边坡坡度的增大而减少;随边坡土体内摩擦角的增加而逐渐增加,此分析对降雨型滑坡的研究有借鉴性的意义。