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。     

降雨作用碎石土堆积层滑坡变形规律

降雨诱发碎石土堆积层滑坡十分普遍,野猫面滑坡则是典型的碎石土堆积型滑坡,也是三峡库区内距三峡大坝最近的特大型滑坡体,研究其在不同降雨条件下的变形规律具有示范性和实用价值。首先,在滑坡区域地质分析的基础上,研究了碎石土堆积层滑坡的组成结构;然后应用Modflow软件建立了滑坡地下水渗流场数值模型,对不同降雨强度和降雨历时条件下,降雨入渗补给地下水的规律进行了模拟;最后,运用FLAC3D软件对不同降雨工况条件下,渗流场变化引起的滑坡变形规律进行了模拟。研究结果表明:①野猫面滑坡碎石土堆积层表现为三层结构,上部为碎块石土,中下部为块石土、钙质胶结碎块石,下部滑面为碎石土和黏土夹碎石;②降雨强度和降雨历时增加均使滑坡地下水头抬升,在斜坡前缘临近库岸部分的水力坡度明显增大;③降雨作用下,滑坡位移量增加,变形由地表向深部、由前缘向后缘发展,在滑面处剪应变集中;极端大暴雨条件下,前缘存在整体变形区;④碎石土堆积层滑坡地表径流疏导与生态防渗可有效防治滑坡。     

降雨产流影响因素分析

利用太谷均衡实验站模拟池人工降雨实测资料,分析降雨强度、降雨历时、土壤湿度、地面覆盖、植物截留、填洼、雨期蒸发等因素对产流的影响,为平原区降雨-产流规律的研究和模拟计算提供可靠依据.     

鄂西恩施地区非饱和土降雨入渗规律

在分析鄂西恩施地区降雨特征的基础上,选取6组典型降雨条件,设计并进行了室内人工降雨土柱非饱和入渗试验。通过实测土体体积含水率,揭示了鄂西恩施地区非饱和土降雨入渗规律,获得了降雨入渗影响区体积含水率变化规律、入渗前锋运移规律以及降雨强度和历时对入渗的影响规律。通过GeoStudio软件对室内降雨试验进行了数值模拟,数值模拟结果与试验结果基本相同,进一步验证了降雨入渗规律。同时依据实测结果,分析了数值模拟的不足之处,为通过数值模拟方法研究非饱和土降雨入渗奠定了基础。     

不同降雨条件下成都黏土基坑边坡入渗深度研究

降雨增湿导致成都黏土基坑边坡出现大范围的大变形或破坏,研究降雨过程中的入渗规律是分析边坡破坏机理及模式的关键。为了分析不同降雨条件下的入渗规律,确定入渗深度的大小,综合模型试验、现场试验和数值模拟结果,得到成都黏土基坑边坡降雨入渗规律及入渗深度的经验公式。结果表明:膨胀土模型试验的渗流相似条件难以完全满足,模型试验结果需要经过现场试验修正。降雨时长是入渗深度的主要影响因素,随着降雨时长、降雨强度的增大,入渗深度增大的速度逐渐减慢,采用分段线性拟合效果较好。成都黏土基坑边坡单次降雨的入渗深度小于1 m。     

降雨条件下弃土场滑坡力学参数敏感性反演研究

为了研究不同降雨工况下的滑坡稳定性机理及变形规律,以兰原弃土场滑坡为例,首先在GeoStudio中建立二维剖面模型,然后从内因和外因两个角度出发,选取了内摩擦角、黏聚力、降雨强度、渗透系数、降雨入渗补给系数、饱和体积含水率等6个影响因子作为研究对象,设计了25组正交试验并采用极差分析法对滑坡影响因子进行敏感性分析,并结合监测数据对内摩擦角、黏聚力和渗透系数进行参数反演;同时,结合当地多年降雨数据资料,对滑坡进行了3种极端降雨工况条件下的稳定性影响规律研究。研究表明:兰原弃土场滑坡6个影响因子的敏感性大小为:内摩擦角>黏聚力>降雨强度>渗透系数>降雨入渗补给系数>饱和体积含水率;经参数反演计算后,得出的参数值较室内试验组有了进一步的修正,使得滑坡变形趋势更加符合实际监测资料分析的结果,同时得出双日降雨对滑坡稳定性影响更大,更易导致滑坡失稳破坏。通过本文的研究,可在后期不同极端降雨条件下对其采取针对性的防治措施及稳定性判别,并可为同类滑坡的研究提供借鉴意义。     

考虑前期降雨过程的边坡稳定性分析

基于三峡库区实测降雨资料,研究了不同初始条件对不同土体边坡稳定性影响,建议了能够反映边坡含水状态的初始条件选取方法。在此基础上,采用非饱和渗流分析方法研究了前期降雨对不同土体边坡稳定性影响,以典型的砂土和黏土边坡为例初步探索了前期降雨对边坡稳定性影响规律。结果表明：初始条件对不同土体边坡稳定性影响不同;建议将多年平均降雨量对应的稳态渗流场作为初始条件进行非饱和渗流分析。边坡土体渗透系数越低,边坡稳定性受前期降雨的影响越大、影响时间也越长。砂土和黏土边坡稳定性分析时建议至少考虑15 d以上的前期降雨,对于砂土边坡还应根据这15 d前面5 d的降雨情况确定是否需要增加计算天数。短历时高强度前期降雨对砂土边坡稳定性影响更大,而长历时低强度前期降雨对黏土边坡稳定性影响更大。累积前期降雨量可以作为判断边坡最小安全系数出现时刻的依据。砂土边坡出现最小安全系数时刻与10 d累积前期降雨量最大的时刻较为吻合,而黏土边坡则与15 d累积前期降雨量最大的时刻较为吻合。     

降雨人渗补给规律的分析研究

浅层地下水资源计算中,降雨入渗补给系数是最基本的参数,而求解参数关键是确定降雨入渗补给量。从其土壤水下渗机理,包气带蓄水库容,降雨入渗补给系数方面分析研究,最后得出：包气带可容纳库容是降雨入渗补给量的极限值;降雨入渗补给系数因不同岩性、土壤前期含水量、降雨量等因素而变化;降雨入渗补给规律存在一个地下水最佳埋深。     

淮河流域降雨时空变化研究

降雨量及其演变规律是表征区域水资源天然禀赋条件的重要内容,直接影响区域水生态系统的健康、区域供用水平衡以及水资源开发利用活动。为充分了解近年来淮河流域降雨变化情况,本研究利用1956—2020年淮河流域141个雨量代表站逐年降雨量资料,对降雨时空变化特征开展研究。研究表明：（1）淮河流域降雨量呈现显著的波动下降趋势,年均降幅约0.55 mm;(2)不同时期降雨量的周期性特征差异显著,具体表现为7年尺度的次周期逐渐消失、2年尺度主周期逐渐加强;（3）地区间降雨分布不均、降雨变异系数Cv差异较大,其由南向北,降雨量由高于1 600 mm逐渐递减到不足600 mm、Cv指标则由0.17增长到0.34左右。     

降雨入渗规律的实测与分析

关于降雨入渗可降低土坡的稳定性的研究很多,其机制也逐渐趋明确。然而,一场降雨对土坡稳定产生影响的入渗雨量计算问题还没有得到很好地解决。Holten等研究者的一些计算入渗量的方法在土坡的实际应用中难以满足精度要求;而一些有限元的边界处理方法则建立在假定的入渗规律基础上,多少存在不足。研究设计了室内降雨入渗土柱试验,在初步揭示降雨入渗过程和规律基础上,探讨了准确反映降雨入渗量的有限元计算方法,并通过数值试验进一步揭示室内试验未能明确的降雨入渗规律。     

黄土高原暴雨空间分布的不均匀性及点面关系

根据黄土高原13个中小流域的448场暴雨的统计分析,对这一地区不同类型暴雨空间分布的不均匀性进行了系统研究,内容包括流域面雨量离差系数、降雨不均匀系数、最大点与最小点的比值系数、点面关系以及降雨量的空间相关特性等。     

汶川震区暴雨泥石流激发雨型特征

汶川地震后暴雨诱发的泥石流不断增加,通过收集整理降雨资料,分析汶川震区不同地域泥石流暴发的激发雨强及前期有效累计降雨量变化过程,揭示震区暴雨泥石流的激发雨型特征,为暴雨泥石流的预报提供科学依据。研究结果表明,汶川震区的暴雨泥石流激发雨型可分为短期突然降雨型、中期持续降雨型和长期间断降雨型3种类型,主要表现为引发泥石流的激发雨强及前期有效累计降雨量的不同。暴雨泥石流的形成机制体现为降雨导致流域内松散土体渗透、饱和及侵蚀移动的过程。激发雨型与激发雨强及前期有效累计降雨量存在相关关系,短期突然降雨型的激发雨强最大,前期有效累计降雨量最少;中期持续降雨型的激发雨强居中,前期有效累计降雨量最多;长期间断降雨型的激发雨强最小,前期有效累计降雨量居中。对四川茂县叠溪镇新磨村突发山体高位垮塌碎屑流进行验证,初步判定是由长期间断降雨型引发岩体抗剪强度降低而引起的。对不同激发雨型特征的研究能够为汶川震区泥石流监测预警提供科学依据。     

滑坡降雨阈值模型的应用

在数字高程模型（DEM）的基础上,运用滑坡降雨阈值模型,以楚雄丁家坟一斜坡作为试验研究工点,结合现场勘察、监测数据以及斜坡岩土体主要特性、地形地貌、降雨强度与降雨持续时间、地下水位等因素,模拟斜坡单元产生潜在滑动时的临界降雨量,研究降雨对滑坡发生、分布的影响。研究结果表明：各斜坡单元产生潜在滑动时的临界降雨量各不相同,在不同的降雨量及地下水位条件下滑坡降雨阈值模型模拟的潜在滑坡位置主要位于楚勐公路下边坡处,与实际发生滑坡的位置吻合率达80%以上,滑坡降雨阈值模型可实现对斜坡稳定性进行可视化分析与预测,为降雨型滑坡提供一种有效的预测与分析方法。     

多源降雨信息质量评估技术

多源降雨信息质量评估遇到的基本问题是各类降雨信息的空间特征不同,信息采集传输的时间频次不同和降雨真值不明。本文在地面站雨量为点降雨真值、经地面雨量站校正后的雷达观测产品反映了降雨真值的空间分布等假定基础上,提出了单点雨量、区域点雨量、面雨量、降雨空间分布和洪水预报系统产品等5个层次的多源降雨信息质量评估体系和技术。     

甘肃河东地区降雨特征分析研究

用甘肃河东地区19个气象站近15年雨量自记资料,分析了该区6月～9月各降雨持续时间和降雨强度下的雨量及其出现次数的分布特征,并初步分析了持续时间和雨强对雨量的综合作用。     

JSP-1型虹吸校正翻斗雨量计研制与特点

翻斗式雨量计因雨强影响会产生很大的误差,虹吸雨量计不能数字化降雨过程,并需要人工测量虹吸水量进行虹吸订正.本研究成果利用翻斗计量降雨过程,用精确的虹吸计量值智能校正翻斗的误差,综合了翻斗计量和虹吸计量的优点,将分辨率为0.1mm的翻斗雨量计的测量误差从±15%减小到±2%.因此,JSP-1型虹吸校正翻斗雨量计具有很高的精度.     

降雨输入不确定性对分布式流域水文模拟的影响研究——以武烈河流域为例

降雨输入对分布式流域水文模拟具有重要影响。针对流域降雨资料不完整的情况,以武烈河流域为例,基于反距离加权平均法对雨量站降雨资料进行插补延长,并结合SWAT模型研究了降雨输入不确定性对分布式流域水文模拟的影响。结果表明:不同降雨输入对流域平均降雨量的影响较小,但基于气象站资料的降雨数据在降雨空间差异显著的年份会明显低估面雨量,且在夏季汛期表现更为显著;不同降雨输入对分布式流域水文模拟的影响较大;在雨量站降雨资料不完整的情况下,通过对雨量站降雨数据进行插补延长,相对于直接利用气象站降雨资料,在一定程度上可以提高径流模拟精度,满足降雨资料欠缺流域分布式水文模拟的实际需求。     

平原地区浅层地下水降雨入渗补给研究

本文用实测资料统计计算分析了惠北试区降雨对浅层地下水资源的补给。用非线性回归问题的迭代法，求出了雨前不同埋深条件下，次降雨与地下水位上升的关系式，并提出了能引起地下水位上升的最小次降雨量(也称临界雨量)，用本区41年的降雨资料对地下水资源的补给进行了统计计算，导出了相关性很好的年降雨量与年入渗补给量的关系式，求出了多年降雨入渗补给系数。     

诱发区域性滑坡的降雨阈值

根据降雨预测区域性滑坡是防止滑坡造成人员伤亡的重要途径,其关键是确定诱发滑坡的降雨阈值。按特定地质气象条件分区整理并分析了国内不同地区诱发区域性滑坡的降雨阈值,结果表明降雨阈值与年均降雨量有较大的相关性。除西南部分地区外,我国大部分地区的预报24 h降雨量阈值为年均降雨量(MAP)的0.04~0.08倍,这是因为年均降雨量反映了地区的常规降雨水平,而只有发生非常规的降雨才会诱发滑坡,因而年均降雨量越大对应的降雨阈值越大。分析了目前国内的降雨阈值的确定过程中缺乏详尽数据和论证等问题,并指出了国内的降雨阈值不能反映短时强降雨影响的缺陷。针对国内还没有适用性更广的雨强-持时(I-D)阈值曲线的现状,尝试性地建立了鄂西地区的I-D阈值曲线I=4.0D^-0.51,并在此过程中提出了确定降雨持时D开始时刻的方法。     

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.