降雨入渗条件下多级黄土高边坡稳定性分析

在西北地区进行基础工程建设,遇到了大量的多级黄土高边坡工程。边坡工程属于永久性工程,难免遇到降雨状况。降雨入渗会引起边坡土体饱和度与土体重度的变化,进而导致边坡体基质吸力与有效应力场的变化,使边坡的稳定性受到较大的影响。本文通过考虑边坡体不同深度处基质吸力随雨水入渗的变化情况,建立了渗流场与应力场的耦合计算模型,对降雨入渗条件下多级黄土高边坡的稳定性进行分析。最后,依托实际边坡工程,利用PLAXIS 3D岩土有限元软件,建立边坡稳定性计算模型,通过设置降雨量随时间的变化函数与渗流边界条件,进行降雨入渗条件下多级黄土高边坡的稳定性数值计算,并与理论分析结果进行了对比分析。根据数值计算结果可得到多级黄土高边坡在降雨入渗条件下的变形、基质吸力、有效应力、潜在滑移面以及安全系数的变化情况,从而对降雨入渗影响下多级黄土高边坡的稳定性做出分析。研究结果可为降雨入渗条件下多级黄土高边坡的稳定性的研究提供一定的指导作用。     

暗穴环境下非饱和黄土边坡稳定性分析

黄土暗穴在水土流失方面作为一种独特的侵蚀方式,往往会威胁到建设在非饱和黄土层之上的公路边坡稳定性。基于考虑基质吸力的强度折减有限元程序,本文通过开展不同位置暗穴、单双暗穴和基质吸力赋存与丧失等条件下边坡稳定性的对比研究,着重对影响边坡稳定性的暗穴、基质吸力等因素进行了研究。研究结果表明,当暗穴接近地表时由于存在一定的减载效应而利于坡体的稳定,而当暗穴接近边坡坡脚时则成为黄土边坡稳定性的不利因素,在边坡底部存在的双暗穴明显削弱了边坡的稳定性,基质吸力使得非饱和黄土边坡安全系数增大,潜在滑动面变深,反之则使安全系数减小,潜在滑动面上移,基质吸力的丧失或减小以及暗穴的削弱作用使得潜在滑动面位置变化较大。     

基质吸力变化引起的体积应变研究

与降雨有关的边坡表层变形位移,其根源是基质吸力降低引起的非饱和土体积应变。利用某滑坡体的原状样及其重塑样,分别在100kPa、200kPa围压作用下,采用单纯增加基质吸力的应力路径,对基质吸力引起的体积应变,进行试验测试。结果显示: (1)试样的体应变,随基质吸力的增大,单调增大,服从对数函数关系;(2)围压由100kPa增加到200kPa的试样体积模量,随基质吸力的增大,单调增大,服从幂函数关系;(3)与基质吸力有关的体积变化系数,随基质吸力的增大,单调减小,服从幂函数关系;并且当基质吸力大于200kPa以后,随基质吸力增大,体积变化系数接近于常数,约为0.0059左右。在此基础上,本文针对这种由单纯基质吸力变化引起的非饱和土体积应变规律及机理,进行了探讨。     

降雨条件下土坡饱和-非饱和渗流及稳定性分析

基于非饱和土力学理论,利用有限元法对降雨条件下边坡的饱和-非饱和渗流及稳定性进行了探讨。数值分析表明,雨水入渗使边坡非饱和区土体的基质吸力减小,是导致边坡稳定性降低的主要因素。进而考察了基质吸力的不同取值及裂隙的不同位置对边坡稳定性的影响,结果表明：在降雨初期基质吸力取值越大,得到的边坡安全系数越高,但经过长时间降雨即边坡土体基本达到饱和后,基质吸力的取值不同对边坡安全系数基本上没有影响;裂隙的存在为雨水入渗提供了良好的通道,因而导致边坡稳定性相对于无裂隙状态来说有所降低。降雨初期下游裂隙使边坡稳定性降低较快,但随着降雨历时的增加,即下游土体逐渐变为饱和状态后,边坡的稳定性变化则主要由上游裂隙控制。     

地表入渗对下海州矿边坡稳定性影响研究

通过对海州矿滑坡因素的统计分析，得出降雨及地表水入侵诱发滑坡27次，其稳定性影响因素位居第二。在此基础上，建立了海州矿某断面的数学模型，并对边坡地表入渗的规律进行了研究，得出了边坡在降雨及地表入渗过程中基质吸力的变化规律以及水压力的分布、变化规律，有利于更好地了解地表入渗影响下的边坡失稳机制。     

乔灌木对台风暴雨型滑坡稳定性影响

在降雨工况下,乔灌木通过其根系对边坡体的加筋锚固和茎叶减少坡体被雨水冲刷,对边坡稳定性产生了积极作用。然而台风暴雨季节,台风又通过植被的摇曳使地表开裂,强化了降雨入渗效果,进一步使土体的基质吸力、黏聚力下降,使边坡的稳定性降低。为了探索台风暴雨季节乔灌木对边坡起到正向作用还是反向作用,文章通过室内模型试验和数值模拟进行量化分析,比较有无台风作用和不同强度台风作用对边坡稳定性的影响。结果表明：随着台风从无到有、由弱变强的过程中,边坡体内孔隙水压力和含水率发生突变的时间不断提前;同时施加台风暴雨耦合作用的滑坡相对于单纯降雨作用的滑坡,其滑坡破坏的面积与体积更大,且台风等级越强,坡体的破坏的面积体积区域越大。通过Geostudio数值模拟软件进行验证,比较模拟边坡的稳定性发现：在无台风作用下初始稳定性系数最大且下降速度最慢,台风作用次之,强台风作用下最差。     

降雨引起的边坡位移研究

边坡和滑坡的变形是非常复杂的问题,同时也是滑坡灾害预报与预警的一个重要指标。由降雨引起的边坡位移与边坡体中非饱和土体基质吸力变化产生的应变有关。依据实验数据,笔者对非饱和土中基质吸力变化产生的应变进行了研究。建立了非饱和土应变与含水量的变化关系。在此基础上,对降雨引起的边坡位移机制、规律进行了探讨。并对武都古滑坡蠕滑位移进行了分析。     

不同加固技术在散粒体斜坡表层的应用对比研究

散粒体斜坡多发育于我国西部山区,由块度不一、黏粒含量较少的碎砾石土组成,由于胶结性差,遇雨水冲刷、风吹或人畜踩踏易失稳。传统坡面防护技术包括拦挡锚固和土工材料与植被构筑,新型护坡技术是结合了岩土材料加固和生态环境两方面所提出的新方法。本文中该新技术是指将浓度1.3%的改性钠羧甲基纤维素与边坡表层土拌合,后掺入植物纤维,喷洒到坡表形成加固层;加固层表面喷洒草籽,以达到边坡防护的目的。文章选择传统的护坡方法（格构和三维网）和新型土壤改良方法结合植草绿化技术对室外某散粒体斜坡进行加固处理,以天然斜坡为参照,统计降雨冲刷和径流冲刷后边坡表面侵蚀破坏、入渗和植被破坏特征,对比不同护坡方式的应用效果。试验结果表明:每个斜坡辅之相同的植草条件下,对比降雨和放水冲刷试验后各边坡的侵蚀破坏特征可以发现,材料改良植草边坡侵蚀弱,产沙量小,作用层能减缓雨水下渗,提高植被存活率和降低植被倒伏率,其效果优于三维网植草护坡和格构植草护坡。     

香根草固土护坡工程特性初步研究

香根草的根系长度和抗拉力或强度都较大,单根的抗拉力或强度的平均值为12.4N或69.7MPa,而且群根效应显著,对边坡起着“活着的土钉”作用。深扎广布于坡体中的根系网,显著改善边坡土体的物理力学性质,明显提高边坡土体的强度及稳定性,可较大幅度地降低作用于护坡挡墙上的主动土压力强度(总主动土压力的减少值大于15%);浓密成丛的香根草可分散径流和减少径流量,有效降低降雨与径流对坡面的冲击力及侵蚀量,对坡面起到较好的防护作用;此外,光合作用强、速生快长的香根草及其发达根系网的吸收与蒸腾作用,可降低边坡土体中的含水量及孔隙水压力,增强土中吸力,进而提高边坡土体的强度,增强边坡的稳定性;穿扎广布于坡体土中的香根草根系网系统,类似“活性钢筋网”,与边坡体固结共同作用、融合胶结构成类似原位复合的重力墙,可较好地防止及控制边坡位移或失稳的发生。初步研究表明;香根草护坡的力学效果较为理想,且具有较强的经济效益及环境效益优势。     

非饱和渗流基质吸力对边坡稳定性的影响

降雨入渗是致使边坡岩土体稳定性下降并最终导致崩滑地质灾害发生最为常见的环境因素。通常对边坡中地下水的影响分析采用的是经典的静水压力假定 ,并考虑适当的折减系数。本文研究了非饱和土强度随基质吸力变化的规律 ,对基质吸力影响边坡稳定性的机制进行探讨 ,并提出了相应的分析方法。运用上述方法分析了某露天矿边坡实例。结果表明 ,该方法十分有效。     

降雨条件下边坡水文响应及其变形过程分析——以深圳大龙山边坡为例

以深圳大龙山边坡为例,采用水分计、张力计、渗压计、固定式测斜仪和雨量计等针对边坡开展了降雨量、不同部位边坡土体基质吸力、体积含水量、孔隙水压力和深部水平变形等的监测,对降雨条件下边坡水文过程和内部变形进行了分析,发现当日降雨量较小时,如在2009年4月18日日降雨量为52.4mm/d的情况下,地表以下0.5m和1m深度土体含水量和基质吸力都发生响应;日降雨量较大时,如在2009年5月23日、24日连续两天日降雨量超过100mm/d的降雨情况下,3m深度内的体积含水量和基质吸力均表现响应;渗压计P4的地下水位距离地表只有约6m的距离,监测到瞬态孔隙水压力对降雨响应及其敏感,其余渗压计的孔隙水压力基本未发生变化,推测持时短的暴雨易造成山体边坡的浅层滑坡。同时,该边坡在3m内的累积位移相对较大,最大累积如测斜IN3A向累积位移接近10mm。但累积位移无继续增大的趋势,处于稳定状态。     

非饱和土基质吸力对边坡稳定的影响

降雨及浸水往往引起天然土坡及人工土坡的滑坡,其中,土中基质吸力的消失是一个重要原因。通过试验和计算分析,揭示了基质吸力对边坡稳定所起的重要作用。非饱和土边坡稳定计算中的关键参数 的确定,尚有待于进一步研究。     

滑坡对降雨响应的多指标监测及综合预警探析:以赣南罗坳滑坡为例

降雨量和位移是当前降雨型滑坡监测预警最常用的指标。然而,降雨量和位移监测结果只能反映降雨作用下滑坡的变形情况,不能揭示滑坡内在物理力学性状对降雨的响应。因此,除降雨量和位移监测之外,建立包括体积含水率、基质吸力等反映滑坡动态演化过程的关键指标监测体系必将成为今后更真实地把握滑坡内在演化趋势、更准确地建立滑坡综合预警判据的最有效手段。笔者对赣南地区典型降雨型滑坡进行了多指标监测及综合预警示范研究。结果表明:(1)在降雨条件下滑坡土体内部体积含水率、基质吸力和温度等多指标均产生有规律的动态响应;(2)随着降雨的持续,滑体体积含水率与基质吸力的变化均具有显著的滞后现象;(3)体积含水率和基质吸力变化速率与滑体位移具有显著的正相关性;(4)滑体温度分布变化规律受大气温度和体积含水率的共同影响。以实测数据的滑坡稳定性分析为基准,在考虑实际降雨入渗深度与滑坡稳定性的关联度上,建立了包括日降雨量、体积含水率增加速率、基质吸力减小速率以及位移速度多元指标预警方法体系,提出了基于关键指标综合预警体系及确定方法,旨在为降雨滑坡准确预警提供新模式。     

植被护坡及其在重庆地区的应用

边坡工程中的植被不仅能美化环境，还具有控制雨水冲蚀、稳定边坡的作用。文章详细论述了植被护坡的边坡滑移面上的边坡稳定系数的评定方法，并与无植被边坡稳定性进行比较，讨论了植被护坡的力学效应和水文作用、植被对雨水冲蚀的控制作用，提出了植被护坡的种植和布置方法的建议。结合重庆地区的边坡特点和气候条件，介绍和分析了该地区的几项典型植被护坡工程及施工方法和施工效果，为植被护坡技术的推广和应用提供借鉴和参考。     

滑坡防治前后滑带土基质吸力特征研究

降雨使坡内地下水位上升,坡体的基质吸力和暂态孔隙水压力会随着降雨过程和时间呈现不同的变化趋势。采用抗滑桩、挡墙等工程防治后,针对滑坡体滑带土的性质变化以及抗滑结构的设置是否会影响到滑坡体的自然排水通道,导致坡体地下水位的抬升,从而影响滑坡防治效果等问题进行了研究。以鹰厦线K290滑坡为主线,通过开展滑坡饱和-非饱和渗流模型试验与数值分析,探讨了降雨入渗及地下水位变化下滑坡体及滑带土体积含水率与基质吸力的变化规律,以及其对滑坡防治前后坡体渗流场的影响。在此基础上,探讨了滑带土基质吸力对抗剪强度的贡献。研究表明：防治前后滑坡体及滑带土基质吸力受降雨强度等条件影响明显,不同深度处滑带土基质吸力变化呈现不同的变化规律,在土质滑坡的防治中应考虑抗滑桩的布置对滑带土性质的影响。     

基于Green-Ampt模型的多层结构边坡降雨入渗改进计算方法及稳定性影响研究

降雨作用下,边坡土体的饱和度及含水率升高,基质吸力减小。随着降雨历时的增长,雨水入渗深度对坡体的稳定性产生影响。然而传统多层结构边坡的入渗计算方法并未考虑随入渗深度不断变化的基质吸力与层间积水点的形成,且忽略饱和层内沿坡体层面流动的部分雨水对入渗过程的影响,亦未考虑潜在滑动面位置随降雨历时的变化。将入渗过程分解为若干个子过程,并基于Green-Ampt（G-A）入渗模型对传统多层结构边坡的入渗计算方法进行改进,以对每个子过程进行求解,最后将其合并为整体入渗过程的解。在此基础上对层间积水点的形成时刻进行计算,进而分析雨水入渗深度与时间的关系,并研究降雨强度与雨水入渗深度对边坡不同位置处（湿润锋、饱和层）稳定系数和滑动面位置的影响。研究表明:（1）基于G-A模型的改进计算方法所得结果比传统多层结构边坡入渗计算方法所得结果更接近于数值模拟结果。（2）对于多层结构土质边坡,其安全系数随着雨水入渗深度的增加不断降低,并且在层间积水点形成时产生突变现象。（3）随着降雨历时和降雨强度的增大,边坡中潜在滑动面位置会产生变化,前期潜在滑动面位置出现在湿润锋处,后期则出现在饱和层交界面处。该方法提高了多层结构边坡传统降雨入渗计算方法的精度,更加全面的对多层结构边坡的稳定性进行评价,其工程应用范围亦得到进一步扩大     

抗滑桩加固非饱和土边坡三维稳定性分析

讨论了抗滑桩加固边坡的稳定分析研究状况,在全面地考虑基质吸力和抗滑桩对边坡稳定性的贡献后,利用所发展的可考虑基质吸力的弹塑性强度折减有限元程序,探讨了抗滑桩加固前后的非饱和土边坡整体稳定性,并且与相应不考虑基质吸力条件下的边坡稳定性进行了对比分析。     

不同植被类型的坡面径流侵蚀产沙试验研究

利用野外模拟降雨试验,研究不同植被类型的侵蚀产沙、径流、地表糙度和入渗规律以及相关关系。结果表明,植被对水沙调控作用大小依次为:植物根系,整个坡面植被,坡面下部植被和坡面上部植被。林草地具有蓄水减沙的水土保持措施功效,该机制通过植物根系对水沙的调控作用实现;草地具有直接拦沙的水土保持功效,该机制通过地表植被对水沙的调控作用体现。累计产沙量随累计径流量呈幂函数递增趋势,具有很好的相关性;坡面径流产沙过程分为发育期、活跃期和稳定期3个阶段。植被覆盖度越大,地表糙度变化越小。     

降雨入渗非饱和黏土边坡稳定性的极限平衡条分法研究

考虑非饱和黏土边坡的基质吸力和渗流力,根据水位线位于滑面上、下的临界平衡状态,分别建立了滑体条块极限平衡状态下力和力矩平衡式,获得了降雨条件下非饱和黏土边坡稳定性的极限平衡条分法计算式。通过试验、参量变换以及作用力的位置关系可以确定相关参量,并采用数值计算求解临界平衡状态下滑体条块的相互作用力系数和非饱和边坡安全系数。案例结果表明：考虑渗流力时的非饱和黏土边坡安全系数比不考虑渗流力的安全系数降低约13.8%,且考虑渗流力作用的条间力作用系数变化率明显大于不考虑渗流力的结果;当降雨强度超过一定值时,坡面径流很快形成,边坡出现不稳定的时间基本相同。     

华北山区坡地土壤水分动态实验研究

在北京市怀柔区汤河口镇东台沟坡地径流实验小区上进行人工模拟降雨实验，探索降雨过程中体积土壤含水量和土壤水基质势的动态变化。结果表明：在降雨强度和前期土壤含水量较为稳定以及蒸发微弱等条件下，不同场次降雨过程中土壤水分动态变化时间与降雨强度之间呈现明显的幂函数关系；同一场次降雨过程中，坡地内不同部位不同土壤层次的土壤水分动态变化时间与土壤层次和土层部位相联系。降雨过程中体积土壤含水量和土壤水基质势的动态变化可划分为5个阶段。得出的坡地土壤水特征曲线表明了坡地砂质土壤在含水量较大时土壤吸力较小、含水量减小时土壤吸力迅速增大的水力特性。