泄洪雾雨区裂隙岩质边坡饱和-非饱和渗流场与应力场耦合分析

岩质滑坡除与地质条件、降雨等因素有关外,泄洪雾雨也成为其不可忽视的催化剂。通过裂隙岩体渗透性与应力关系,裂隙岩体的弹塑性本构关系以及渗流场的控制方程,建立起饱和非饱和渗流场与应力场耦合的等效连续介质模型。编制了有泄洪雾雨影响的饱和-非饱和渗流与应力耦合三维有限元程序,通过迭代求解达到两场耦合目的。以实际工程为例,根据边坡的地表信息、开挖信息、岩层分界信息以及排水洞和帷幕信息等,建立起边坡地质模型。通过耦合计算,详细分析了耦合后边坡岩体的变形、应力以及塑性区等。计算结果表明,雾雨区的边坡稳定与渗流场变化有着重要关系,在评价边坡稳定与否时,要考虑渗流场对其影响。计算成果为实际工程的安全评价提供了一定的科学依据。     

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。     

基于水文过程和应力应变耦合的陕北黄土滑坡复活机理分析——以延安二庄科滑坡为例

二庄科滑坡是典型受降雨影响的滑坡，降雨改变了老滑坡的渗流场，削弱基质吸力和土体抗剪强度，导致内部产生张拉裂缝，引发整体滑动和局部大变形，但现有研究很少考虑二庄科滑坡的渗流场与应力场的相互作用。文章基于实际工程地质灾害背景，在现场监测数据和地形物理参数的基础上，建立了几何计算模型，并进行水力耦合数值模拟。通过研究滑坡内部饱和度和孔压的变化规律来探讨降雨入渗规律，从应力位移的角度探讨降雨强度对滑坡复活的影响规律。此外，为了验证方法的准确性和可行性，选取了滑坡实测点位并找到了数值模型对应位置，对位移、土压力和饱和度三个方面进行了对比分析，得出数值模型能较好地反映实际情况的结论。通过数值模拟耦合计算和降雨条件下老滑坡复活机制的研究，对实测数据进行解释并分析滑坡复活过程，为后续工程预警和减灾工作提供理论基础和技术指导。     

非均质土坡降雨入渗的耦合过程及稳定性分析

针对天然土质边坡通常呈现非均质特性这一问题,进行了降雨入渗作用下非均质土坡稳定性分析,考虑了渗流场和应力场之间的耦合作用。以一简化非均质土坡模型为例,对比了耦合和非耦合情况下渗流场的差异,验证耦合的客观性和其必要性;细-粗型和粗-细型土坡的降雨入渗过程可分别分为2个和3个阶段;运用有限元强度折减法,以特征部位位移突变并结合塑性区贯通作为失稳判据,进行了土坡稳定性分析,发现雨水到达土坡土层接触面的时刻即为边坡稳定性突变的时刻;并通过深入分析孔隙水压力分布,揭示了降雨诱发非均质土坡的变形破坏机制。同时,就降雨强度、历时和渗透系数对非均质土坡入渗过程和稳定性的影响进行了大量的计算和分析,发现只有当雨水进入到下层土体时,该层土体渗透系数才会对土坡稳定性产生较大影响。     

天气因素对排土场生态边坡稳定性的影响

为了研究排土场在天气影响下的稳定性,建立排土场温度-渗流-应力耦合有限元分析模型,研究其饱和-非饱和渗流场、应力场以及稳定性响应规律,然后与排土场典型滑坡特征进行对比验证,并提出采用边坡危险滑动带来分析非均质边坡失稳特征。结果表明:考虑天气影响时,雨水入渗深度范围土体孔隙水压力均会不同程度地低于无蒸散和植物截留时的孔隙水压力,稳定性系数极小值比无蒸散和植物截留时更高,出现时间更晚,表明雨后一段时间内滑坡风险仍在不断增加,能更准确地反映出降雨所致边坡失稳的滞后效应。提出在采用极限平衡法分析非均质边坡失稳特征时,通过递增稳定性系数增量来观察最危险滑动带发展趋势的方法,以便更加全面反映出边坡滑坡类型和特征。 更多还原     

基于降雨与库水位耦合的三舟溪滑坡渗流模拟及稳定性分析

降雨与库水位升降是诱发库岸滑坡的重要因素,降雨与库水位耦合作用下的非稳定地下水渗流场的确定,是分析库岸滑坡稳定性的关键。以三舟溪滑坡为例,通过对地表位移监测数据、降雨及库水位变化数据的分析,确定了降雨和水位升降是导致滑坡稳定性降低的主要因素。利用有限元分析软件GEOSTUDIO对三舟溪滑坡在研究区实际降雨和三峡工程运行库水位条件下的瞬态渗流场进行了数值模拟和边坡稳定性分析,得到了滑坡的最危险水位升降速度和降雨量,进而提出了水位下降比与滑坡稳定性的关系。     

基于弹性波波速的降雨型滑坡预警系统

降雨是诱发滑坡最主要的因素。为减少滑坡灾害造成的人员伤亡和经济损失,滑坡早期预警系统成为了最佳选择之一。根据弹性波传播的基本原理和基于降雨型滑坡变形破坏的特点,提出利用弹性波波速来反映边坡表面土体含水率和位移的变化。开发研制了一套三轴渗流-弹性波测试三轴仪和相关系统。该装置能让水从底部渗入土体,模拟降雨入渗土体的过程,同时能测试弹性波波速。试验过程中同步测试含水率、变形和弹性波波速的变化。还进行了降雨滑坡模型试验。利用三轴弯曲元注水试验和降雨滑坡模型试验,深入分析和研究降雨引起的土体滑坡过程与弹性波波速演化规律,揭示波速与含水率和变形的耦合关系。研究结果表明,弹性波波速随着含水率的增大而缓慢减小,随着变形的增大而急剧减小,临近失稳时,波速骤然减小。根据试验结果对含水率和变形导致弹性波波速减小可能的机制进行了解释,提出弹性波在波速骤然减小时发出滑坡预警。研究结果为滑坡防灾减灾和预测预报提供新的方法和可靠的依据。     

干–湿分明条件下降雨诱发滑坡演化过程模拟

降雨诱发的堆积体边坡地质灾害在我国南方地区极为常见,揭示其失稳演化规律对我国山地丘陵地区的土质滑坡监测预警具有重要意义。基于鄂西地区降雨型滑坡的典型地质概化模型与降雨模型研究,联合采用Geo-Studio软件的Seep/W、Sigma/W模块,从渗流场、应力场及位移场等方面对降雨诱发滑坡的响应过程进行研究,探讨了干湿分明情况下堆积体边坡失稳的演化过程。与未经历长期干旱的边坡相比,经历长期干旱作用可以使得降雨向坡体更深处入渗,基质吸力变化范围更大,降雨引起的坡内土体位移更大。且经历干旱条件时,可明显看到沿着坡脚向上贯通且面积较大的塑性区分布,边坡最终更有可能发生失稳破坏。研究成果在推动鄂西地区边坡滑坡地质灾害的防治理论发展方面具有积极作用。     

降雨条件下非饱和土滑坡渗流变形模拟分析及工程治理

以G104国道丁山服务区西侧滑坡为研究对象,根据勘查和室内试验结果,结合反演方法确定滑坡滑带土强度参数。设定了降雨入渗模型、建立滑坡体数值模型,运用非饱和土渗流理论对边坡进行渗流场和应力场耦合分析。通过有限元方法模拟降雨96h,对孔隙水、渗流、位移和边坡稳定性分析。结果表明:降雨过程中,孔隙水压力与坡体位移有明显相关性,坡顶X分量位移较大,坡体的浅层、坡体上部孔压及位移变化较大,因而容易引发后缘拉裂缝、浅层滑塌,降雨后期坡体持续蠕移,引发边缘剪切裂缝,进而诱发整体性滑坡。削坡和挡墙能够提高坡体稳定性,格构、绿化、截排水工程能够减小降雨对坡顶稳定性的影响。     

考虑降雨条件的堆积体滑坡多场特征研究

重庆市西泉街滑坡于2007年7月中旬遭遇115a一遇的强降雨,导致滑坡产生明显的变形破坏现象,本文在滑坡实际勘察工作的基础上,基于饱和-非饱和渗流理论,考虑降雨入渗的影响,利用有限元分析软件Geo-Studio的不同模块模拟了不同降雨条件下滑坡稳定性的变化情况,进一步对不同降雨条件下滑坡的渗流场、应力场和位移场特征进行了综合分析。研究结果表明:（1）降雨作用下堆积体滑坡体内渗流场和位移场具有很好的相似性,即滑坡体内地下水流速矢量和位移矢量绝对值变化规律具有一致性;（2）滑坡前后缘的位移量与降雨强度和降雨历时均呈正相关性,且滑坡前缘位移量比后缘大;（3）大雨、暴雨和大暴雨持续作用下,XY向最大剪应力在滑坡前缘及前缘陡坎处集中,有局部产生滑动的趋势,而在特大暴雨持续作用下,XY向最大剪应力在滑带附近分布相对均匀,有整体产生滑动的趋势;（4）强降雨作用下堆积体滑坡模拟得到的变形破坏规律主要表现为滑坡前缘首先产生的鼓胀变形破坏牵引滑坡后缘产生拉张变形破坏,破坏规律与实际相符。     

膨胀土边坡非饱和渗流及渐进性破坏耦合分析

膨胀土边坡受降雨影响产生膨胀变形,是典型的非饱和土多场耦合问题。为探究降雨入渗对其渐进性破坏的失稳过程,基于饱和-非饱和渗流理论、膨胀土弹塑性本构关系和应变软化理论,利用应变软化模型、FLAC3D二次开发平台和内置FISH语言,提出了一种综合考虑非饱和渗流、膨胀变形和应变软化的多场耦合数值分析法。结合工程实例,通过该方法探讨了降雨入渗条件下膨胀土边坡非饱和渗流、位移响应及渐进性破坏的变化规律。结果表明:膨胀变形和应变软化受控于非饱和渗流的时空分布,对边坡位移响应过程影响显著,也易导致饱和-非饱和分界带形成剪应力集中区。膨胀土边坡渐进性破坏由局部破坏转变为整体性失稳,其塑性破坏区首先随悬挂型暂态饱和区的变化向坡内扩展,雨后逐渐形成第二条由坡脚向坡顶扩展的滑动带,呈现出多重滑动性和后退牵引式的破坏特征。     

考虑降雨入渗的非连续性岩体边坡稳定分析

由于断层和节理切割,边坡岩体一般具有非连续特性,降雨入渗是影响其稳定的重要因素之一。应用饱和与非饱和渗流理论建立了岩体边坡的非稳定饱和与非饱和渗流分析模型,并采用块体系统的非连续变形分析建立了降雨入渗非饱和渗流场影响的岩体边坡稳定分析和评价模型。作为应用实例,对某高速公路岩体边坡在降雨入渗条件下的非稳定饱和与非饱和渗流场及其对边坡稳定性的影响进行详细分析,并对边坡的稳定性进行评价。     

降雨型堆积层滑坡特征及稳定性分析

堆积层滑坡是滑坡的一种基本类型,其物质组成、结构等有别于其它类型滑坡。堆积层滑坡失稳绝大多数是由降雨或地下水位的变化而引起的,在降雨诱发堆积层滑坡稳定性分析中,必须考虑渗透力的作用。系统分析了堆积型滑坡发育环境及特征,推导了基于总应力法和有效应力法的可考虑渗透力的传递系数法,采用有效应力法计算滑坡稳定系数时,既要考虑地下水浮力作用,又要考虑地下水流动时的渗透力作用;采用总应力法计算滑坡稳定系数时,仅需考虑地下水流动时的渗透力作用。对一个工程实例进行了深入剖析,验证了考虑渗透力的传递系数法的可靠性。     

间歇型降雨对堆积层斜坡变形破坏的物理模拟研究

为研究间歇型降雨作用下缓倾堆积层斜坡的变形破坏特征,以樱桃沟滑坡为例,进行了降雨作用下斜坡变形破坏的物理模拟研究。试验结果表明：前期降雨作用下坡体变形特征表现为前缘滑移沉陷、中部滑移、后缘沉陷、坡体裂缝生成,且前缘裂缝扩张明显,后期降雨作用下坡脚区域首先发生滑塌,然后依次向后缘传递发生逐阶滑塌破坏;降雨入渗易在基岩面上储存,形成暂态地下水位、高孔隙水压力区域和坡向渗流场,基岩面附近土体饱水时间长,软化程度高,抗剪强度弱化显著,边坡易沿基覆界面土层发生滑坡;坡体滑动易发生在降雨间歇期,触发特征表现为雨后坡体暂态饱和区水分和坡表积水持续下渗,导致地下水位上升滞后于降雨,造成坡体内浮托力、渗透力和孔隙水压力增大,有效应力降低,诱发滑坡。     

等效连续岩体流固耦合流变分析模型

位于地下水位线以下的岩体洞室围岩承受应力场与渗流场的耦合作用,而且其变形随时间的持续而发展。本文以岩体水力学和流变力学的基本理论为基础,研究建立了岩体应力场与渗流场耦合作用下的流变分析模型,导出了相应的流变有限元计算格式。所建立的两场耦合有限元流变分析模型,可用于对地下洞室和边坡工程等进行两场耦合流变条件下的长期稳定性分析。     

降雨入渗条件下边坡岩体饱和非饱和渗流计算

简要分析了连续介质饱和非饱和渗流数学模型,并讨论了渗流有限元计算中的有关问题,同时研究了降雨入渗机理及模拟方法,在此基础上编写了非饱和渗流程序SUSC。运用该程序模拟了某边坡降雨过程渗流场的变化情况。计算结果表明,在降雨入渗作用下边坡顶部迅速被饱和,随后表面雨水逐渐向边坡深部下渗,形成从坡顶往深部压力水头等值线由高(零)→低→高的封闭现象。随着降雨的继续,边坡顶部负压区进一步缩小,且负压绝对值减小。降雨结束后,由于上部地下水的继续下渗,在边坡的一定范围、一定时间内压力水头继续升高。根据计算结果可知,局部地方的压力水头最高值出现在降雨结束2 d左右,往后整个边坡非饱和区地下水压力水头全面下降,逐渐恢复原状。模拟结果总体可靠,可作为边坡稳定性分析评价及边坡排水加固的参考依据。同时表明,运用上述饱和非饱和渗流模型及降雨模拟方法,计算降雨条件下边坡岩体的渗流场是可行的。     

基于FLAC3D平台的边坡非饱和降雨入渗分析

为研究降雨入渗条件下三维边坡渗流场的变化过程,在全面研究FLAC3D软件渗流分析模块功能及算法的基础上,通过编写FISH函数完善了FLAC3D软件的非饱和渗流计算功能。基于降雨入渗机制的分析,编写了降雨入渗及停雨出渗边界的FISH函数,实现边坡三维降雨入渗过程的模拟。通过降雨条件下算例边坡的饱和非饱和渗流场变化过程的数值计算,研究了降雨入渗引起的边坡暂态饱和区变化过程,并与已有研究成果进行对比分析,从而验证了自编FISH函数实现边坡三维非饱和渗流计算结果的正确性。研究成果表明,文中提出的边坡三维非饱和降雨入渗分析是可行的,同时也为三维边坡非饱和渗流场的研究提供了一条有益的途径。