降雨对土质边坡稳定性影响分析

从降雨对土体抗剪强度的影响、降雨对土体重度的影响、降雨形成的水压力及降雨对土体的化学作用四个方面分析了降雨对边坡稳定性的影响。并通过一个因降雨而失稳的滑坡实例介绍其整治措施。     

降雨和蒸发对土质边坡稳定性的影响

降雨入渗降低边坡的稳定性,蒸发增加边坡的稳定性,降雨和蒸发对边坡稳定性的定量研究是很有意义的。采用蒸发和降雨模型对边坡进行非饱和-非稳定渗流分析,用总凝聚力表示的Bishop极限平衡法计算边坡安全系数。采用数值方法对算例土质边坡进行了研究,得到了孔隙水压力随时间变化的关系、边坡安全系数随时间变化的关系。结果显示：土体中孔隙水压力与天气条件、边坡安全系数与天气条件之间存在滞后关系;降雨和蒸发对边坡的表层滑动稳定性影响非常大,对深层滑动稳定性影响相对较小;降雨过程中边坡的临界滑动面由较深位置向较浅位置转变,蒸发过程则相反。     

降雨入渗对裂隙岩质边坡稳定性影响分析

既往,降雨入渗对边坡稳定性的影响研究,主要集中在土质边坡,对裂隙发育的岩质边坡在降雨条件下的稳定性研究相对较少。本文以大理海东新城开发某地段的边坡工程为背景,基于有限元软件Midas GTS模拟降雨条件下该边坡的应力场和渗流场的变化,并运用强度折减法,采用数值方法计算出降雨入渗后的边坡稳定性系数,结合孔隙水压力和饱和度的变化分析,综合评价边坡稳定性变化情况。模拟结果发现：在降雨条件下,考虑裂隙发育时的计算结果与宏观观察结果基本一致;裂隙发育的岩质边坡在降雨条件下,降雨通过裂隙渗入到边坡深部,此时边坡的稳定性系数和基质吸力都会显著、迅速降低,从而导致边坡极易发生失稳破坏;在降雨条件下,采用预应力锚索+排水沟+裂隙处理的方案对边坡进行综合处理,稳定性系数从原始的1.25上升到1.58,避免了边坡发生失稳破坏造成的安全隐患。该研究结果将为降雨条件下裂隙岩质边坡的工程治理提供了参考和依据。     

降雨条件下土质边坡稳定性预测预报方法

降雨往往足引起热带和亚热带膨胀土、残积土边坡失稳的主要促发因素,考虑降雨影响的土坡稳定性预测预报是一个亟待解决的复杂的工程问题.简要介绍了一套能考虑气候影响的非饱和土边坡稳定性分析的极限平衡分析方法和一套可考虑土体非线性和几何非线性的边坡稳定分析及变形计算的有限元方法.提出了一个降雨条件下土质边坡稳定性预测预报模型,其具体思路是:首先用数值方法计算渗流场,然后利用非饱和土的强度理论推求出整个场的强度分布,再利用极限平衡分析方法或有限元方法进行边坡稳定性分析,寻求斜坡稳定安全因数与降雨特征参数(雨强,降雨持时等)相关关系,如此,即可依据气象预报进行土坡稳定性预报.     

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。     

降雨条件下边坡角度对边坡稳定性影响的数值模拟研究

近年来,降雨所导致的边坡失稳越来越频繁,引起了越来越多专家的重视,因此对降雨条件下边坡角度对边坡稳定性的数值模拟研究无论在理论上还是在工程应用上都具有十分重要的意义。影响边坡稳定性的因素有很多,本文利用数值分析方法研究了降雨时间、边坡角度两个因素对边坡稳定性的影响,比较了降雨历时、边坡角度在降雨过程中对边坡稳定性安全系数的影响。模拟结果表明：相同的降雨强度,相同降雨时间、边坡角度越小,安全系数下降的越快,土中孔隙水压力变化越快。虽然其初始位移较小,但是随着降雨的持续,其位移将越来越大,边坡稳定性降低地越来越快; 坡内经历非稳定渗流、非稳定渗流与稳定渗流和稳定渗流3个过程。该研究结果有助于深入认识降雨引发滑坡的机制,可为治理此类滑坡提供科学依据。     

降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响

降雨往往是引起边坡失稳的主要促发因素.根据某算例,采用极限平衡分析方法,讨论了土体的初始体积含水率、降雨的强度、降雨时间对边坡稳定性的影响程度.     

土质边坡稳定性影响因素的研究

边坡稳定性涉及到诸多因素,引入人工神经网络预测边坡稳定性的方法--误差逆传播学习算法效果显著.边坡稳定性预测系统的输入信息包括岩土体参数、几何参数等,而输出信息则是网络预测的稳定系数和稳定状态.土质边坡主要以圆弧滑移破坏为主,通过人工神经网络预测的结果与实际监测结果的对比分析,证实了BP神经网络在评价土质边坡稳定性方面的效果显著;并在此基础上分析了土质边坡影响因素对边坡稳定性的影响程度.     

降雨入渗条件下南京某砂岩风化土质边坡渗流及变形特征分析

以南京某砂岩风化土质边坡为研究对象,采用流固耦合数值模拟法,对不同降雨条件下边坡的稳定性进行研究。基于不同降雨强度和降雨历时,选取具有代表性的监测点来表征在不同降雨条件下坡体的饱和度、孔隙水压力和水平位移的变化。结果表明：当降雨历时相同时（12h、18h、24h）,随着瞬时降雨量的增大,坡面土体饱和速率和孔压变化越快;在同样的降雨等级下（小雨10mm/d、中雨43.2mm/d、暴雨77.6mm/d）,随着持续降雨历时的增大,雨水入渗加深,土体饱和区范围增大。     

地震作用下裂隙对岩质边坡稳定性影响分析

在地震作用下岩质边坡内部裂隙可能开裂扩展,对边坡稳定造成不利影响。利用扩展有限元法模拟岩质边坡内部裂隙在地震作用下的开裂扩展,根据扩展后的裂隙分析边坡潜在滑面,采用矢量和法计算边坡在震前、地震过程及震后的安全系数。结果表明：在汶川地震波作用下LLT1与LLT2裂隙均开裂扩展,开裂方向与水平方向夹角近45°,其中LLT1裂隙顶部开裂至边坡面。震前安全系数为1.75,地震过程中最小安全系数为1.01,震后安全系数为1.05。说明了即便是边坡在震前稳定性较好,但由于地震作用使得裂隙扩展贯通至边坡表面,导致滑体抗滑力降低,边坡震后稳定性显著降低。虽然地震过程中边坡并未失稳破坏,若在震后受到其他外部作用则可能失稳破坏,引发次生灾害。     

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。     

Assessment of slope stability in cohesive soils due to a rainfall

The primary focus in this work is on proposing a methodology for the assessment of stability of natural/engineered slopes in clayey soils subjected to water infiltration. In natural deposits of fine‐grained soils, the presence of water in the vicinity of minerals results in an interparticle bonding. This effect cannot be easily quantified as it involves complex chemical interactions at the micromechanical level. Here, the evolution of strength properties, including the apparent cohesion resulting from initial suction at the irreducible fluid saturation, is described by employing the framework of chemoplasticity. The paper provides first the formulation of the problem; this involves specification of the constitutive relation, development of an implicit return mapping scheme, and the outline of a coupled transient formulation. The framework is then applied to examine the stability of a slope subjected to a prolonged period of intensive rainfall. It is shown that the water infiltration may trigger the loss of stability resulting from the degradation of material properties. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

大降雨条件下气压力对边坡稳定的影响研究

对于大面积浅层风化土边坡,当下部含有浅水位或不透水基岩层时大降雨将导致下部气体被封闭。随着湿润峰的下移,气压不断增大。封闭气压力不仅降低了雨水在边坡土体的入渗率,而且对边坡的稳定有显著影响。通过分析封闭气压力的形成和相关理论,提出取 大小的气压力头来研究边坡的稳定性（Hc为一水头值,与土体孔隙尺寸分布有关; hd为土体进气值水头）。结合非饱和土的Mohr-Coulomb破坏准则和极限平衡法,将封闭气压力引入到边坡的稳定分析中,建立了考虑气压力影响下的稳定分析模型。与传统的不考虑气压力的稳定分析方法作对比,提出了气压力影响率概念。研究表明,封闭气压力显著降低了边坡的安全系数,传统的无限边坡稳定计算方法偏于危险。研究结果对无限边坡的强降雨安全预报具有较好的指导作用。     

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。     

降雨入渗条件下非饱和路堤变形与边坡的稳定数值模拟

对于常常处于非饱和状态的路堤在降雨入渗条件下变形问题的数值模拟研究,由于涉及到非饱和土力学,一直是个热点和难点。现有的强度折减有限元法一般仅对强度指标进行折减,但折减后得到的路堤变形场与实际变形场存在一定差异。论文分析认为,在降雨入渗影响下非饱和路堤不仅强度参数会降低,而且变形参数也会随着应力水平和强度参数的变化而变化。采用基于变模量的弹塑性强度折减法,对不同降雨入渗深度下路堤的变形规律进行数值模拟,并与室内模型试验结果进行比较;同时采用强度折减法和极限平衡法中的Bishop法,分析了不同降雨入渗深度对非饱和路堤稳定性和滑弧变化特征的影响规律。     

强降雨条件下基岩型层状边坡入渗模型及稳定性研究

强降雨作用下基岩型层状边坡易发生失稳破坏,给人们生命财产造成重大损失。为探索基岩型层状边坡的降雨入渗过程,以Green-Ampt入渗模型为基础,考虑了边坡几何特征及饱和带渗流作用,得到了边坡不同入渗阶段入渗率和湿润峰深度的计算式,建立了适用于基岩型层状边坡的降雨入渗计算模型;在分析基岩型层状边坡稳定性时,考虑了饱和带的渗流作用,联合降雨入渗模型与极限平衡法,分析了基岩面与湿润峰面稳定性的变化规律,得到了计算基岩型层状边坡安全系数的解析表达式;结果表明,该模型的计算与试验结果具有一致性。利用该计算模型与传统计算方法对张家湾滑坡进行了强度为30 mm/h的降雨入渗与稳定性分析,得到了不同计算方法下张家湾滑坡湿润峰深度及安全系数随降雨历时增加而发生的变化规律,结果表明该计算模型在分析基岩型层状边坡稳定性时优于传统分析方法。     

An analytical solution for rainfall infiltration into an unsaturated infinite slope and its application to slope stability analysis

Surficial slope failures in residual soils are common in tropical and subtropical regions as a result of rainfall infiltration. This study develops an analytical solution for simulating rainfall infiltration into an infinite unsaturated soil slope. The analytical solution is based on the general partial differential equation for water flow through unsaturated soils. It can accept soil–water characteristic curve and unsaturated permeability function of the exponential form into account. Numerical simulations are conducted to verify the assumptions of the analytical solution and demonstrate that the proposed analytical solution is acceptable for the coarse soils with low air entry values. The pore‐water pressure (pwp) distributions obtained from the analytical solution can be incorporated into a limit equilibrium method to do infinite slope stability analysis for a rain‐induced shallow slip. The analysis method takes into account the influence of the water content change on unit weight and hence on factor of safety. A series of analytical parametric analyses have been performed using the developed model. The analyses indicate that when the residual soil slope, consisting of a completely decomposed granite layer underlain by a less permeable layer, is subjected to a continuous heavy rainfall, the loss of negative pwp and the reduction in factor of safety were found to be most significant for the shallow soil layer and during the first 12 h. The antecedent and subsequent rainfall intensity, depth of a less permeable layer and slope angle all have a significant influence on the pwp response and hence the slope stability. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

降雨条件下考虑饱和渗透系数变异性的边坡可靠度分析

土体饱和渗透系数表现为天然的变异性,为此基于Green-Ampt模型建立了考虑饱和渗透系数变异性的降雨入渗物理模型,并藉此模型确定了坡体湿润锋深度和含水率分布。然后结合无限长非饱和土边坡稳定模型得到解析形式的反映边坡稳定性的极限状态函数。采用Monte Carlo法对饱和渗透系数进行随机抽样并最终建立降雨条件下考虑饱和渗透系数变异性的边坡概率分析框架。针对一假想边坡,探讨了饱和渗透系数的变异系数、降雨持时和降雨强度对边坡破坏概率以及破坏发生时间概率分布的影响,结果表明：在降雨初期,边坡的破坏概率随饱和渗透系数变异性的增强而逐渐增加,但随着降雨的持续,破坏概率开始随变异性的增强而显著降低;滑坡最可能发生时间的大小并不受饱和渗透系数变异性的影响,而是直接取决于降雨强度;滑坡最可能发生时间所对应的概率却随变异性的增强而逐渐减小。     

降雨对路堤斜坡稳定性影响的时间效应

以某高速公路填筑试验路堤为例,基于非饱和土渗透及强度理论,采用渗流场与应力场、稳定性计算耦合的方法,对两种不同透水特性的路堤在降雨过程中孔隙水压力和稳定性系数随时间变化的特点及规律进行较为深入的探讨。结果表明,（1）透水性能较好的路堤斜坡下部降雨入渗要强于斜坡上部,透水性能较差的路堤斜坡,雨水往往以近似于均匀的形式入渗;（2）透水能力强的路堤斜坡在短暂的超强降雨或者强度较低但持续时间超长的降雨过程中,其最小稳定性系数易于出现滞后现象,一般滞后0.5～3 d,透水能力差的路堤斜坡最小稳定性系数有显著滞后特点,一般滞后7～15 d;（3）总降雨量一定、雨强大于等于50 mm/d条件下透水能力强斜坡能达到的最小稳定性系数随降雨时间增长而降低,而透水能力差的斜坡最小稳定性系数受雨强和降雨时间共同影响。